JP2020063906A - Control rod for nuclear reactor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide a control rod for a nuclear reactor capable of eliminating a gap part and a welding part to prevent SCC and IASCC, and a method for manufacturing the control rod for a nuclear reactor.SOLUTION: A control rod for a nuclear reactor is composed of one member having: a blade region having a neutron absorber filling hole; a tie rod region supporting the blade region; and a handle region provided on one of lengthwise ends of the blade region and the tie rod region, in which the member has a melt-solidified structure. The control rod for a nuclear reactor having the above characteristics is manufactured by a metal lamination manufacturing method.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、原子炉用制御棒及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a control rod for a nuclear reactor and a manufacturing method thereof.

沸騰水型原子炉用の制御棒は、沸騰水型原子炉の運転停止時や炉心出力の調整に用いられる原子炉内機器の一つである。一般的な制御棒の構成は、以下の通りである。すなわち、制御棒は、横断面が十字型をしており、その外観は、十字型の軸心から翼が伸びたような形状を有している。一般に、軸心の部分をタイロッドと称し、翼の部分をブレードと称している。制御棒は、炉心に装荷された4体の燃料集合体の相互間に挿入される。原子炉の起動時には、制御棒は炉心から引き抜かれる。定格出力運転時は、原子炉炉心出力の調整に用いられている制御棒以外の制御棒は、炉心から引き抜かれた状態となっている。非常時には水圧を利用して全ての制御棒が挿入される構造になっている(原子炉スクラム)。   A control rod for a boiling water reactor is one of the reactor internal equipment used when the operation of the boiling water reactor is stopped and the core power is adjusted. The structure of a general control rod is as follows. That is, the control rod has a cross-shaped cross section, and its appearance is such that the blade extends from the cross-shaped axis. Generally, the axial center portion is called a tie rod, and the blade portion is called a blade. The control rod is inserted between the four fuel assemblies loaded in the core. At reactor startup, the control rods are withdrawn from the core. During the rated power operation, the control rods other than the control rods used for adjusting the reactor core power are pulled out from the core. In an emergency, water pressure is used to insert all control rods (reactor scrum).

沸騰水型原子炉用の制御棒は、さらにそれぞれのブレードを囲むようにして設けられた、断面U字型のシースを有している。タイロッド及びブレードとシースとで囲まれた空間には、中性子吸収材(ボロンカーバイトの粉末や、ハフニウムの丸棒又は板)がハンドルに吊りさげられて保持されている。ハンドル及びシースは、一般に、溶接によってタイロッドに固定される。シースの一部には、内包した中性子吸収材を冷却するための穴が設けられている。板型の中性子吸収材を用いている制御棒では、シースと中性子吸収板の間でスポット溶接が施されているものもある。   The control rod for a boiling water nuclear reactor further has a U-shaped sheath provided so as to surround each blade. In the space surrounded by the tie rod and the blade and the sheath, a neutron absorbing material (boron carbide powder, hafnium round bar or plate) is suspended and held by a handle. The handle and sheath are typically secured to the tie rods by welding. A part of the sheath is provided with a hole for cooling the contained neutron absorbing material. In some control rods using a plate-type neutron absorbing material, spot welding is performed between the sheath and the neutron absorbing plate.

一般に、制御棒の材料は、主としてオーステナイト系ステンレス鋼であるSUS316Lが用いられている。この材料は特定の環境において応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking;以下、「SCC」と称する。)感受性を持つことが知られている。さらに、原子炉内では、多量の中性子照射を受けることによってSCC感受性が助長する、照射誘起応力腐食割れ(Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking;以下)「IASCC」と称する。)が発現することが知られている。   Generally, the material of the control rod is mainly SUS316L which is austenitic stainless steel. This material is known to have stress corrosion cracking (hereinafter referred to as "SCC") susceptibility in a specific environment. Furthermore, in a nuclear reactor, it is referred to as "IASCC", which is irradiation-induced stress corrosion cracking (hereinafter referred to as "IASCC"), which is accelerated by SCC susceptibility by receiving a large amount of neutron irradiation. ) Is known to be expressed.

SCC(IASCC)は、材料因子、力学因子、環境因子の3条件同時に揃ったときに発生するとされている。さらに、IACCでは、上記3つの因子に加えて中性子照射量が発生因子として加わる。材料因子としては、溶接時に不純物炭素がクロム(Cr)炭化物を生成することがSCCの要因とされており、不純物炭素を減少させる対策がなされてきた。力学因子については、引張応力下において発生することが知られているため、ピーニング法による表面応力の圧縮化や磨き加工による対策がなされてきた。環境因子については、溶存酸素濃度や塩化物イオンが原因となるため、水素注入法や貴金属注入法などが行われてきた。中性子照射量を減らす対策としては、制御棒の配置を変えることにより対策がなされてきた。しかし現状では原子炉内構造物におけるSCC現象は初期のプラントと比較して減少しているが、その発生機構や完全な抑制に関しては現在も確定しておらず対策が要求されている。   It is said that SCC (IASCC) occurs when three conditions of material factor, mechanical factor, and environmental factor are met at the same time. Furthermore, in IACC, the neutron irradiation dose is added as a generation factor in addition to the above three factors. As a material factor, it is considered that SCC is caused by impurity carbon forming chromium (Cr) carbide during welding, and measures have been taken to reduce the impurity carbon. Since it is known that mechanical factors occur under tensile stress, measures such as compression of surface stress by the peening method and polishing have been taken. Regarding the environmental factors, the dissolved oxygen concentration and chloride ions are the causes, so that the hydrogen injection method and the noble metal injection method have been performed. As a measure to reduce the neutron irradiation dose, a measure has been taken by changing the arrangement of control rods. However, at present, the SCC phenomenon in the reactor internal structure is reduced as compared with the initial plant, but the generation mechanism and complete suppression thereof have not been determined yet, and countermeasures are required.

従来のシースとタイロッドを溶接によって接合した構成の制御棒では、シースとタイロッド間及びシースと中性子吸収材間に腐食生成物が蓄積し、すき間腐食が起こりやすい環境になる。また、シースと中性子吸収板とをスポット溶接している構造では、スポット溶接部に残留応力が生じているため、微小なひびが発生しやすい。そのため、粒界腐食や溶接残留応力によって発生した微小なひびが照射等の影響を受けることで、IASCCにより進展することで損傷にいたる事例が報告されている。この事例は、平成18年5月31日付けの経済産業省原子力安全・保安院の報告書「沸騰水型原子力発電所のハフニウム型制御棒のひび等に関する調査報告書」に公開されている。   In a conventional control rod having a structure in which a sheath and a tie rod are joined by welding, a corrosion product accumulates between the sheath and the tie rod and between the sheath and the neutron absorber, which creates an environment in which crevice corrosion easily occurs. Further, in the structure in which the sheath and the neutron absorbing plate are spot-welded, residual stress is generated in the spot-welded portion, so that minute cracks are likely to occur. Therefore, it has been reported that minute cracks generated by intergranular corrosion and welding residual stress are affected by irradiation or the like, and progressed by IASCC, resulting in damage. This case has been published in the report of the Ministry of Economy, Trade and Industry's Nuclear Safety and Safety Agency report “Investigation Report on Cracks of Hafnium-type Control Rods of Boiling Water Nuclear Power Plant” dated May 31, 2006.

上述したように、制御棒を構成する部材間のすき間や溶接部を起点とするSCC及びIASCCを防止するためには、できる限り部材のすき間や部材に生じる応力を低減する必要がある。溶接部を低減してIASCCを防止する技術として、特許文献1には、横断面が十字形をしており、互いに溶接にて結合されて軸方向に並んで配置された複数のセグメントを備え、最も上方に位置するセグメントである第1セグメントが、1枚の金属板から加工された、ハンドル部及び軸方向に伸びて中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収材充填孔を形成している複数の中性子吸収材充填部をそれぞれ有する一対のブレードエレメントを十字形に組み合せて構成され、最も下方に位置するセグメントである第2セグメントが、下部支持部及び軸方向に伸びて中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収材充填孔を形成している複数の中性子吸収材充填部をそれぞれ有する一対のブレードエレメントを十字形に組み合せて構成され、第1セグメントと第2セグメントの間に配置された他のセグメントである少なくとも1つの第3セグメントは、軸方向に伸びて中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収材充填孔を形成している4つの中性子吸収材充填部を、十字形に組み合せて構成され、セグメント同士の結合が、隣り合うセグメントの中性子吸収材充填部同士を溶接することによって行われたことを特徴とする制御棒が開示されている。特許文献1によれば、ハンドル部と中性子吸収材充填部を結合する溶接が不要になるため、制御棒の照射誘起型応力腐食割れを防止することができるとされている。   As described above, in order to prevent the gap between the members forming the control rod and the SCC and IASCC starting from the weld, it is necessary to reduce the gap between the members and the stress generated in the member as much as possible. As a technique for reducing the welded portion to prevent IASCC, Patent Document 1 has a cross-shaped cross section, and is provided with a plurality of segments which are joined by welding and arranged side by side in an axial direction, The first segment, which is the uppermost segment, forms a plurality of neutron absorbing material filling holes that are machined from a single metal plate and that extend in the handle portion and axial direction and that are filled with neutron absorbing material. A second segment, which is a segment located at the lowermost part, is formed by combining a pair of blade elements each having a plurality of neutron absorbing material filling portions in a cross shape, and extends in the lower support portion and the axial direction to fill the neutron absorbing material. A pair of blade elements each having a plurality of neutron absorbing material-filled portions forming a plurality of neutron absorbing material-filled holes, which are combined in a cross shape. At least one third segment, which is the other segment disposed between the segment and the second segment, extends in the axial direction and forms four neutron absorber-filled holes filled with neutron absorber. The neutron absorber filling portion is configured by combining in a cross shape, the coupling of the segments, the control rod is characterized in that was performed by welding the neutron absorber filling portion of the adjacent segments. There is. According to Patent Document 1, since welding for connecting the handle portion and the neutron absorber filling portion is not required, it is possible to prevent irradiation-induced stress corrosion cracking of the control rod.

特開2010‐71791号公報JP, 2010-71791, A

特許文献1に示される制御棒は、ブレードを構成するステンレス鋼の板材を軸方向で分割したセグメントとし、各セグメントに縦孔を設けその縦孔に中性子吸収材を充填し、最終的に各セグメントを溶接接合することで、制御棒を完成する。各セグメントでは、さらに、向かい合うブレードと接続するための架橋が設けられており、架橋間は溶接により接合される。特許文献1は、制御棒を長さ方向で分割しているため、長尺な孔加工を不要とし、高い加工精度を発揮することが出来る。しかしながら、各セグメントを溶接で結合するため、溶接部を起点としたSCC及びIASCCの発生の可能性を十分に排除することができない。   The control rod shown in Patent Document 1 is a segment obtained by axially dividing a stainless steel plate material that constitutes a blade, and each segment is provided with a vertical hole, and the vertical hole is filled with a neutron absorbing material, and finally each segment The control rod is completed by welding and joining. Each segment is further provided with a bridge for connecting to the opposing blades, and the bridges are joined by welding. In Patent Document 1, since the control rod is divided in the length direction, it is not necessary to machine a long hole, and high machining accuracy can be exhibited. However, since each segment is connected by welding, it is not possible to sufficiently eliminate the possibility of SCC and IASCC starting from the weld.

本発明は、上記事情に鑑み、すき間部及び溶接部を排除し、SCC及びIASCCを防止可能な原子炉用制御棒を提供することにある。   In view of the above circumstances, the present invention is to provide a control rod for a nuclear reactor, which can eliminate gaps and welds and prevent SCC and IASCC.

本発明は、上記目的を達成するため、中性子吸収材充填孔を有するブレード領域と、ブレード領域を支持するタイロッド領域と、ブレード領域及びタイロッド領域のそれぞれの長さ方向の端部の一方に設けられたハンドル領域と、を有する一つの部材から構成されており、上記部材が溶融凝固組織を有することを特徴とする原子炉用制御棒を提供する。   The present invention, in order to achieve the above object, a blade region having a neutron absorbing material filling hole, a tie rod region supporting the blade region, and provided on one of the lengthwise ends of the blade region and the tie rod region. And a handle region, and the control rod for a nuclear reactor is characterized in that the member has a melt-solidified structure.

また、本発明は、前述した特徴を有する原子炉用制御棒の製造方法であって、制御棒の上端となるハンドル領域から、ブレード領域及びタイロッド領域の順で、金属積層造形によって作製することを特徴とする原子炉用制御棒の製造方法を提供する。   Further, the present invention is a method of manufacturing a control rod for a reactor having the above-mentioned characteristics, in which a blade region and a tie rod region are sequentially manufactured from a handle region serving as an upper end of the control rod by metal additive manufacturing. A method of manufacturing a characteristic control rod for a nuclear reactor is provided.

本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。   More specific configurations of the present invention are described in the claims.

本発明によれば、すき間部及び溶接部を排除し、SCC及びIASCCを防止可能な原子炉用制御棒及びそのような原子炉用制御棒の製造方法を提供することができる。   Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a control rod for a reactor and a method for manufacturing such a control rod for a reactor, which is capable of eliminating gaps and welds and preventing SCC and IASCC.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

実施例1に係る原子炉用制御棒と燃料集合体の一例を示す断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a reactor control rod and a fuel assembly according to Embodiment 1. FIG. 図1のブレード領域の先端形状の他の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the other example of the front-end | tip shape of the blade area | region of FIG. 本発明に係る原子炉用制御棒と燃料集合体の他の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the other example of the reactor control rod and fuel assembly which concern on this invention. 図3の1つのブレード領域を拡大する模式図である。It is a schematic diagram which expands one blade area | region of FIG. 図1のA‐A´線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1. 実施例1で作製した試作品の電子顕微鏡観察写真である。3 is an electron microscopic observation photograph of the prototype manufactured in Example 1. 実施例1で作製した試作品の析出物のXRDパターンを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an XRD pattern of a precipitate of a prototype manufactured in Example 1. 実施例2に係る原子炉用制御棒の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a control rod for a nuclear reactor according to a second embodiment. 本発明に係る原子炉用制御棒の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of the manufacturing method of the control rod for reactors concerning the present invention.

以下、本発明について図面を用いて詳述する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[本発明の基本思想]
上述したように、原子炉用制御棒(以下、単に「制御棒」とも称する。)は、大別するとタイロッド、ブレード及びハンドルを構成する部材に分かれる。従来は、これらの部材を個々に用意して溶接等で接合していたため、部材の間に存在するすき間部及び溶接部を排除することができず、このすき間部及び溶接部を起点として、SCC及びIASCCが発生する可能性があった。本発明では、金属粉末を原料とする金属積層造形法(単に「積層造形法」又は「3次元金属積層造形法」とも称する。)によって、タイロッド、ブレード及びハンドルを構成する部材が一体となった制御棒(「一体成形品」又は「シームレス制御棒」とも称する。)を作製する。このような構成によれば、腐食環境や重度の中性子が重畳する領域において、すき間部及び溶接部を確実に排除することができる。したがって、すき間部及び溶接部を起点とするSCC及びIASCCを確実に防止することができる。
[Basic idea of the present invention]
As described above, the reactor control rods (hereinafter, also simply referred to as “control rods”) are roughly divided into members that form tie rods, blades, and handles. Conventionally, these members have been individually prepared and joined by welding or the like, so that it is not possible to eliminate the gaps and welds existing between the members, and the SCCs and welds are used as starting points. And IASCC could occur. In the present invention, the members forming the tie rod, the blade, and the handle are integrated by a metal additive manufacturing method (also simply referred to as “additive additive manufacturing method” or “three-dimensional metal additive additive manufacturing method”) using metal powder as a raw material. A control rod (also referred to as “integrally molded product” or “seamless control rod”) is manufactured. With such a configuration, it is possible to reliably eliminate the gap and the weld in the corrosive environment or the region where the heavy neutrons are superposed. Therefore, SCC and IASCC starting from the gap and the weld can be reliably prevented.

金属積層造形法は、3次元形状を有する部材を直接得られる手法として知られている。その方式は、大別すると、予め層状に形成した粉末(粉末床)をレーザー又は電子線等のエネルギーの照射により局所溶融・凝固することによって形状を得る粉末溶融積層法と、粉末を噴射しながらエネルギーの照射によって溶融・凝固する溶融堆積法があり、何れにおいても粉末の溶融・凝固により3次元積層造形体を形成することができる。   The metal additive manufacturing method is known as a method for directly obtaining a member having a three-dimensional shape. The methods are roughly classified into a powder fusion layering method in which a powder (powder bed) formed in advance in layers is locally melted and solidified by irradiation with energy such as a laser or an electron beam, and a powder melting lamination method in which a powder is sprayed. There is a melt deposition method of melting and solidifying by irradiation of energy, and in any case, a three-dimensional layered structure can be formed by melting and solidifying powder.

溶融・凝固して形成された金属層は、溶融凝固組織(急冷凝固組織)を有する。また、造形物の表面は、レーザー又は電子線等の走査方向に沿って跡(模様)が見られる。これらは、金属層の表面を顕微鏡(光学顕微鏡等)観察することで確認することができる。したがって、金属積層造形法によって製造された本発明の原子炉用制御棒は、外観上の特徴として、溶融凝固組織を有すること及び表面に模様を有することが挙げられる。以下、実施例に基づいて、本発明に係る原子炉用制御棒について詳述する。   The metal layer formed by melting and solidifying has a melt-solidified structure (quenched solidified structure). Further, on the surface of the modeled object, traces (patterns) can be seen along the scanning direction of the laser or electron beam. These can be confirmed by observing the surface of the metal layer with a microscope (optical microscope or the like). Therefore, the control rod for a reactor of the present invention manufactured by the metal additive manufacturing method is characterized in that it has a melt-solidified structure and has a pattern on the surface. Hereinafter, a control rod for a reactor according to the present invention will be described in detail based on examples.

以下、本発明に係る制御棒の構成について、詳述する。図1は本発明に係る原子炉用制御棒と燃料集合体の一例を示す横断面模式図である。図1に示すように、本発明に係る制御棒1aは、4つのブレード領域4a〜4dと、4つのブレード領域4a〜4dを支持するタイロッド領域5を有する。上述したように、従来はブレード及びタイロッドは別部材であり、溶接等によって接合されていたが、本発明に係る制御棒1aは、これらが一つの部材で構成されている。本発明の制御棒1aにおいて、従来のブレード部材に該当する領域を「ブレード領域」と称し、従来のタイロッド部材に該当する領域を「タイロッド領域」と称する。また、図1には図示していないが、制御棒1aのブレード領域4a〜4d及びタイロッド領域5のそれぞれの長さ方向の端部の一方には、ハンドル領域が設けられている。ハンドル領域は、制御棒1aの輸送用等のために使用される領域である。ハンドル領域は、後述する図5に記載される。   Hereinafter, the configuration of the control rod according to the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a reactor control rod and a fuel assembly according to the present invention. As shown in FIG. 1, the control rod 1a according to the present invention has four blade regions 4a to 4d and a tie rod region 5 supporting the four blade regions 4a to 4d. As described above, conventionally, the blade and the tie rod are separate members and are joined by welding or the like, but in the control rod 1a according to the present invention, these are composed of one member. In the control rod 1a of the present invention, a region corresponding to a conventional blade member is referred to as a "blade region", and a region corresponding to a conventional tie rod member is referred to as a "tie rod region". Although not shown in FIG. 1, a handle region is provided at one of the ends of the blade regions 4a to 4d and the tie rod region 5 of the control rod 1a in the longitudinal direction. The handle region is a region used for transportation of the control rod 1a and the like. The handle area is described in FIG. 5 described later.

図1に示す制御棒1aは、4つのブレード領域4a〜4dとタイロッド領域5とで十字の形状の横断面を構成しており、燃料集合体(図示せず)が収容された4つのチャンネルボックス20の間に挿入される。ブレード領域4a〜4dには、中性子吸収材が充填される円柱形状の中性子吸収材充填孔3が設けられている。なお、中性子吸収材充填孔3は、図1では1枚のブレード(ブレード領域4a)にのみ設けられているが、実際には4枚のブレードに同数設けられている。中性子吸収材充填孔3の数は、炉心の出力等によって適宜変更される。   The control rod 1a shown in FIG. 1 has a cross-shaped cross section formed by four blade regions 4a to 4d and a tie rod region 5, and four channel boxes each containing a fuel assembly (not shown). It is inserted between 20. The blade regions 4a to 4d are provided with a cylindrical neutron absorbing material filling hole 3 filled with a neutron absorbing material. Note that the neutron absorber filling holes 3 are provided only in one blade (blade region 4a) in FIG. 1, but in practice, the same number is provided in four blades. The number of the neutron absorber filling holes 3 is appropriately changed depending on the output of the core and the like.

図2は図1のブレード領域の先端部の別の態様を示す模式図である。図1において、ブレード領域4aの先端部6aは、角型(四角)形状を有している。この先端部分の形状は、図1に示す角型形状の他、上面から見たときに円弧形状であってもよい。円弧形状は、角型形状よりも応力集中を緩和することができるため、より好ましい。   FIG. 2 is a schematic view showing another aspect of the tip end portion of the blade region of FIG. In FIG. 1, the tip portion 6a of the blade region 4a has a rectangular (square) shape. The shape of the tip portion may be an arc shape when viewed from the top surface, in addition to the rectangular shape shown in FIG. The arc shape is more preferable than the square shape because stress concentration can be relaxed.

図1に示すように、隣り合う各ブレード領域は、直角をなすように構成されている。ブレード領域4a〜4dとタイロッド領域5とがなす角部(図1のX部分)は、腐食生成物が堆積しやすい部分であるため、この部分の角を丸くして円弧形状とすることが好ましい。角部を円弧形状とする手法として、金属積層造形法を用いてニアネットシェイプ構造を造形し、すみ部を円弧形状とすることが考えられる。造形後、グラインダー加工などを用いることで、精度よくすみ部を円弧形状とすることが可能となる。   As shown in FIG. 1, adjacent blade regions are configured to form a right angle. The corner portion (X portion in FIG. 1) formed by the blade regions 4a to 4d and the tie rod region 5 is a portion on which corrosion products are easily deposited, and therefore it is preferable that the corner portion is rounded to have an arc shape. . As a method of forming the corners in an arc shape, it is conceivable to form a near net shape structure by using a metal additive manufacturing method and form the corners in an arc shape. After shaping, by using a grinder process or the like, it becomes possible to accurately form the corner portion into an arc shape.

図3は本発明に係る原子炉用制御棒と燃料集合体の他の例を示す横断面模式図である。図3は、炉心構造を、図1に示す構造より稠密化した構成としている。図3に示す態様では、燃料棒22の充填密度を上げるためにチャンネルボックスの横断面の形状を六角形としており、3つの六角形のチャンネルボックス21の間に収まるよう、制御棒1bの横断面の形状をY字の形状としている。横断面Y字形状の形状制御棒1bは、複数の燃料棒22をまとめた燃料集合体を囲む3つのチャンネルボックス21の間に挿入される。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the reactor control rod and the fuel assembly according to the present invention. FIG. 3 shows a structure in which the core structure is denser than the structure shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 3, the cross section of the channel box has a hexagonal shape in order to increase the packing density of the fuel rods 22, and the cross section of the control rod 1b fits between the three hexagonal channel boxes 21. Has a Y shape. The shape control rod 1b having a Y-shaped cross section is inserted between three channel boxes 21 surrounding a fuel assembly in which a plurality of fuel rods 22 are assembled.

図4は図3の1つのブレード領域を拡大する模式図である。図1に示す制御棒1aと同様に、制御棒1bは、中性子吸収材充填孔3を備える3つのブレード領域4と、それらを支持する中心部のタイロッド領域5とで構成されている。各ブレード領域4における中性子吸収材充填孔3の数は、同数である。この中性子吸収材充填孔3の数は、炉心の出力等に合わせて変更される。図4において、ブレード領域4の先端部分6の形状は、上面から見たときに角型形状となっているが、上述したように、応力緩和の観点から、図2のような円弧形状がより好適である。   FIG. 4 is a schematic view enlarging one blade region of FIG. Similar to the control rod 1a shown in FIG. 1, the control rod 1b is composed of three blade regions 4 having neutron absorbing material filling holes 3 and a central tie rod region 5 supporting them. The number of neutron absorber filling holes 3 in each blade region 4 is the same. The number of the neutron absorber filling holes 3 is changed according to the output of the core and the like. In FIG. 4, the shape of the tip portion 6 of the blade region 4 is a square shape when viewed from the upper surface, but as described above, the arc shape as shown in FIG. 2 is more preferable from the viewpoint of stress relaxation. It is suitable.

図3において、隣り合う各ブレード領域4は、120度をなすように構成されている。図1の場合と同様に、角部は腐食生成物が蓄積しやすいため、円弧形状とすることが好ましい。作製方法は、上述した通りである。   In FIG. 3, adjacent blade regions 4 are configured to form 120 degrees. Similar to the case of FIG. 1, it is preferable that the corners have an arc shape because corrosion products easily accumulate. The manufacturing method is as described above.

図5は図1のA‐A´線断面図である。図5に示すように、ブレード領域4及びタイロッド領域5のぞれぞれの長さ方向の端部の一方(上端)には、制御棒1aの運搬の際の支持部等として用いられるハンドル7が設けられている。ハンドル7を含む制御棒1aの上端部分を、ハンドル領域8とする。ハンドル領域8の下部に、中性子吸収材充填孔3を有するブレード領域4及びタイロッド領域5が設けられている。なお、図2のB‐B´線断面も、図5に示す構成を有する。   FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 5, one of the ends (upper end) in the length direction of the blade region 4 and the tie rod region 5 has a handle 7 used as a support portion or the like for carrying the control rod 1a. Is provided. The upper end portion of the control rod 1a including the handle 7 is referred to as a handle area 8. Below the handle region 8, a blade region 4 having a neutron absorber filling hole 3 and a tie rod region 5 are provided. The cross section taken along the line BB 'of FIG. 2 also has the configuration shown in FIG.

制御棒1aは、炉心に挿入した状態における中性子の照射量によって、2つの領域に分けられる。すなわち、挿入状態において炉心部に近く(ハンドル領域8に近く)、高い中性子照射を受ける領域(高い中性子吸収能力が要求される領域)9と、炉心部から離れており、中性子の照射量がほとんど無い領域(中性子吸収能力の不要な領域)10とに分けられる。領域9を「高照射領域9」、領域10を「低照射領域」と称する。   The control rod 1a is divided into two regions according to the dose of neutrons when it is inserted in the core. That is, in the inserted state, it is close to the core part (close to the handle region 8), is exposed to high neutron irradiation (a region requiring high neutron absorption capacity) 9, and is far from the core part, and the neutron irradiation dose is almost the same. It is divided into a non-existing region (a region where neutron absorption capability is unnecessary) 10. The area 9 is referred to as "high irradiation area 9" and the area 10 is referred to as "low irradiation area".

中性子吸収材充填孔3は、ブレード領域4の上端から下端までを貫通している。中性子吸収材充填孔3のうち、高照射領域9には中性子吸収材を充填する必要があるが、低照射領域10には中性子吸収材を充填する必要が無い。そこで、高照射領域9の中性子吸収材充填孔3には、従来の中性子吸収材を充填し、低照射領域10の中性子吸収材充填孔3には、中性子吸収材を充填せず、高照射領域9の中性子吸収材充填孔3に充填された中性子吸収材を下部から支えるための保持具11を設けることが好ましい。中性子吸収材ではない保持具11は、「ダミー材」と称することもできる。   The neutron absorber filling hole 3 penetrates from the upper end to the lower end of the blade region 4. In the neutron absorbing material filling hole 3, the high irradiation region 9 needs to be filled with the neutron absorbing material, but the low irradiation region 10 does not need to be filled with the neutron absorbing material. Therefore, the neutron absorbing material filling hole 3 in the high irradiation area 9 is filled with a conventional neutron absorbing material, and the neutron absorbing material filling hole 3 in the low irradiation area 10 is not filled with the neutron absorbing material, It is preferable to provide a holder 11 for supporting the neutron absorbing material filled in the neutron absorbing material filling hole 3 of 9 from below. The holder 11 that is not a neutron absorbing material can also be referred to as a "dummy material".

中性子吸収材充填孔3に充填される中性子吸収材としては、一般的に用いられるボロンカーバイド(BC)の粉末又はペレットや、ハフニウム(Hf)の棒材が好適である。中性子吸収材にボロンカーバイドを使用した場合、(n,α)反応によりヘリウム(He)ガスが発生し、中性子吸収材充填孔3の内圧が上昇する可能性がある。そこで、低照射領域10に設けられる保持具11としては、中性子吸収材から発生するヘリウムガスを外部へ逃がすことができるよう、空隙を有する構造を用いることが好ましい。例えば、多孔質粉末を充填するか、棒状部材又は弾性体(ばね)を詰めておくことが好ましい。 As the neutron absorbing material filled in the neutron absorbing material filling hole 3, generally used powder or pellet of boron carbide (B 4 C) or a bar material of hafnium (Hf) is suitable. When boron carbide is used as the neutron absorber, helium (He) gas may be generated by the (n, α) reaction, and the internal pressure of the neutron absorber filling hole 3 may increase. Therefore, as the holder 11 provided in the low irradiation region 10, it is preferable to use a structure having a void so that the helium gas generated from the neutron absorbing material can escape to the outside. For example, it is preferable to fill the porous powder or the rod-shaped member or the elastic body (spring).

図5に示すように、中性子吸収材充填孔3のハンドル領域8と反対側の端部(下端)12は、中性子吸収材や保持具11を中性子吸収材充填孔3に封止するために端栓接合されている。端栓接合部は、低照射領域10に設けられることから、端栓接合部においてすき間部及び溶接部が生じても、IASCC発生の起点とはならない。高照射領域9に該当する制御棒1aの上端から端栓接合部までは、金属積層造形法を用いて一体構造物として製造される。この結果、制御棒1aにおいて、中性子照射量が高く、IASCCの発生が危惧される領域から、IASCC発生の起点となりうるすき間及び溶接部を排除することが可能となり、優れた耐IASCC性を有する制御棒を提供することが可能となる。   As shown in FIG. 5, an end portion (lower end) 12 of the neutron absorbing material filling hole 3 opposite to the handle region 8 is an end for sealing the neutron absorbing material and the holder 11 in the neutron absorbing material filling hole 3. It is plugged. Since the end plug joint is provided in the low irradiation region 10, even if a gap or a weld is formed in the end plug joint, it does not become a starting point for the generation of IASCC. From the upper end of the control rod 1a corresponding to the high irradiation area 9 to the end plug joint, it is manufactured as an integrated structure by using the metal additive manufacturing method. As a result, in the control rod 1a, it is possible to eliminate a gap and a welded portion, which may be a starting point of the IASCC generation, from a region where the neutron irradiation amount is high and the IASCC generation is feared, and the control rod having excellent IASCC resistance. Can be provided.

中性子吸収材充填孔3の末端は端栓接合され封止された後に、制御棒1aを駆動するための制御棒駆動装置13を有する駆動系領域14に接合される。この接合は、レーザー溶接やTIG溶接等によって溶接される。上述した端栓接合部と同様、駆動系領域14は中性子の照射量が極めて低い領域であり、溶接部が残存していてもSCC及びIASCCの発生は危惧されない。   The end of the neutron absorber filling hole 3 is end plugged and sealed, and then joined to a drive system region 14 having a control rod drive device 13 for driving the control rod 1a. This joint is welded by laser welding, TIG welding, or the like. Similar to the end plug joint described above, the drive system region 14 is a region where the neutron irradiation amount is extremely low, and the occurrence of SCC and IASCC is not a concern even if the weld remains.

図9は本発明に係る原子炉用制御棒の製造方法の一例を示すフローチャートである。図9に示すように、本発明に係る制御棒1aの製造方法は、S1:ハンドル領域8の造形、S2:ブレード領域4及びタイロッド領域5の造形、S3:未溶融粉末(原料金属粉末)の除去、S4:中性子吸収材充填孔への中性子吸収材及び保持具の充填、S5:中性子吸収材充填孔の封止及びS6:制御棒駆動装置の接合の順で行われる。   FIG. 9 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a control rod for a nuclear reactor according to the present invention. As shown in FIG. 9, the manufacturing method of the control rod 1a according to the present invention includes S1: modeling of the handle region 8, S2: modeling of the blade region 4 and tie rod region 5, and S3: unmelted powder (raw metal powder). Removal, S4: filling the neutron absorbing material filling hole with the neutron absorbing material and the holding tool, S5: sealing the neutron absorbing material filling hole, and S6: joining the control rod driving device.

図5に示す構造の制御棒1aを金属積層造形法によって作製するためには、ステージ上に金属粉末を積層する際に、ハンドル領域8を下端とし、端栓接合部12を上端として積層していく。すなわち、図5の上端から下端に向かって積層していくことになる。積層完了後、中性子吸収材充填孔3に残った未溶融の粉末原料を取り除く。粉末の取り除きには、ショットピーニングや酸洗浄等の手法を用いることが未溶融粉末の除去率を上げる上で好適である。ここまで完了した後に、前述した通り、中性子吸収材充填孔3に中性子吸収材及び保持具11をこの順で充填しに、端栓接合で封止し、別途製造した駆動系領域14を接合する。   In order to manufacture the control rod 1a having the structure shown in FIG. 5 by the metal additive manufacturing method, when the metal powder is laminated on the stage, the handle region 8 is the lower end and the end plug joint 12 is the upper end. Go. That is, the layers are stacked from the upper end to the lower end in FIG. After the lamination is completed, the unmelted powder raw material remaining in the neutron absorber filling hole 3 is removed. To remove the powder, it is preferable to use a method such as shot peening or acid cleaning in order to increase the removal rate of the unmelted powder. After completion up to this point, as described above, the neutron absorbing material filling hole 3 is filled with the neutron absorbing material and the holder 11 in this order, sealed by end plug joining, and the separately manufactured drive system region 14 is joined. .

制御棒1を構成する材料としては、得に限定は無いが、以下に示す高い耐中性子照射性を有する合金を用いることによって、より高い耐IASCC性を有する制御棒を提供することが可能である。好ましい合金組成は、質量%で、16〜26%のCrと、8〜22%のNiと、0.02〜0.4%のOと、0.08〜0.005%のCと、0.1〜0.002%のNと、を含み、0.2〜2.8%のZr、0.4〜5.0%のTa及び0.2〜2.6%のTiのうちの少なくとも1種を更に含み、残部がFe及び不可避不純物からなる。   Although the material forming the control rod 1 is not particularly limited, it is possible to provide a control rod having higher IASCC resistance by using an alloy having the following high neutron irradiation resistance. . A preferable alloy composition is, by mass%, 16 to 26% of Cr, 8 to 22% of Ni, 0.02 to 0.4% of O, 0.08 to 0.005% of C, and 0. 1 to 0.002% N, and at least 0.2 to 2.8% Zr, 0.4 to 5.0% Ta, and 0.2 to 2.6% Ti. One kind is further contained, and the balance is Fe and unavoidable impurities.

上記組成中、母相の主要な構成元素であるFe、Cr及びNiは、比較的反応性が低いが、添加元素であるZr、Ta及びTiは、他の金属元素や不純物元素(酸素(O)等)と結合し、結合して形成された化合物が析出しやすい。   In the above composition, Fe, Cr, and Ni, which are the main constituent elements of the mother phase, have relatively low reactivity, but Zr, Ta, and Ti, which are the additional elements, contain other metal elements and impurity elements (oxygen (O ) Etc.) and the compound formed by the binding tends to precipitate.

上記組成を有する合金を用いて、金属積層造形法によって制御棒1aを試作した。作製した試作品の合金の組成を以下の表1に示す。   Using the alloy having the above composition, a control rod 1a was prototyped by a metal additive manufacturing method. The composition of the produced alloy of the prototype is shown in Table 1 below.

Figure 2020063906
Figure 2020063906

図6は実施例1で作製した試作品の電子顕微鏡観察写真(SEM(Scanning Electron Microscope)観察写真)である。観察結果から、母相の平均結晶粒径が10μm以下(5μm程度)まで微細化されていることがわかる。これは、母相中に分散された析出物によって結晶粒径が微細化されるためであると考えられる。このような微細な結晶粒を有することは、金属積層造形法で作製したことに起因する特徴である。   FIG. 6 is an electron microscope observation photograph (SEM (Scanning Electron Microscope) observation photograph) of the prototype manufactured in Example 1. From the observation result, it can be seen that the average crystal grain size of the matrix phase is reduced to 10 μm or less (about 5 μm). It is considered that this is because the crystal grains are made finer by the precipitates dispersed in the mother phase. Having such fine crystal grains is a characteristic attributed to the fact that they are produced by the metal additive manufacturing method.

試作品のEDS(Energy Dispersive x−ray Spectrometry)による分析結果から、添加元素を含む析出物が微細に分散していることが確認された。抽出残渣法を使用して、析出物のみを取り出し、X線回折(XRD)装置を用いて析出相の同定を行った。図7は試作品の析出物のXRDパターンを示す図であり、表2に析出物の組成を示す。図7及び表2に示すように、析出物は、合金の添加元素であるZrの酸化物(ZrO又はZrO)であることが分かる。 From the analysis result of the prototype by EDS (Energy Dispersive x-ray Spectrometry), it was confirmed that the precipitate containing the additional element was finely dispersed. Only the precipitate was taken out using the extraction residue method, and the precipitation phase was identified using an X-ray diffraction (XRD) apparatus. FIG. 7 is a diagram showing an XRD pattern of the deposit of the prototype, and Table 2 shows the composition of the deposit. As shown in FIG. 7 and Table 2, it is understood that the precipitate is an oxide of Zr (ZrO or ZrO 2 ) which is an additive element of the alloy.

Figure 2020063906
Figure 2020063906

表3に、試作品の母相の平均結晶粒径及び最大結晶粒径と、析出物の平均粒径及び数密度を示す。   Table 3 shows the average crystal grain size and maximum crystal grain size of the matrix of the prototype, and the average grain size and number density of the precipitates.

Figure 2020063906
Figure 2020063906

表3に示すように、析出物は、平均粒径が15nmのものが4.3×1023−3以上の数密度で析出していることがわかる。 As shown in Table 3, it can be seen that the precipitates having an average particle size of 15 nm are deposited at a number density of 4.3 × 10 23 m −3 or more.

前述のとおり、従来別部材で構成していたブレード、タイロッド及びハンドルを一つの部材とした本発明に係る制御棒は、新規なものである。公知の文献である特表2002‐533736号公報には、中心及び吸収ブレードが十文字状に配置された沸騰水型原子炉用制御棒が開示されており、図面を参照すると、ブレード、タイロッド及びハンドルが一つの部材で構成されているようにも見えるが、具体的な製造方法については何ら開示されていない。また、本発明に係る制御棒の中性子吸収材充填孔に相当する横孔状の吸収チャンネル(図2a等に記載)は、溶接等によって封止されることが記載されており(段落0020)、すき間部及び溶接部を排除できていない構成を有している。さらに、図2dには、本発明と同様に、縦孔状の吸収チャンネルを有する制御棒が開示されているが、部材にこのような縦孔を精度良く設けることは、極めて困難である。   As described above, the control rod according to the present invention, in which the blade, the tie rod, and the handle, which are conventionally configured by separate members, are one member is novel. Japanese Patent Publication No. 2002-533736, which is a known document, discloses a control rod for a boiling water reactor in which a center and an absorption blade are arranged in a cross shape, and referring to the drawings, a blade, a tie rod, and a handle. Although it seems that it is composed of one member, no specific manufacturing method is disclosed. In addition, it is described that the transverse-hole-shaped absorption channel (described in FIG. 2a and the like) corresponding to the neutron absorber filling hole of the control rod according to the present invention is sealed by welding or the like (paragraph 0020), It has a structure in which the gap and welds cannot be excluded. Further, FIG. 2d discloses a control rod having a vertical absorption channel as in the present invention, but it is extremely difficult to accurately provide such a vertical hole in a member.

別の公知文献である特開2013‐88157号公報に示される制御棒は、ブレードをHIP処理により一体構造物として作製している。これは、中性子吸収材を内包する長尺の矩形管を複数本並べ、カバー板と呼ばれる薄板で挟み込みHIP処理によって拡散接合することで縦孔を有するブレードを作製する。ブレード間は向かい合うブレードと架橋部で結合され、架橋部は溶接により接合される。したがって、架橋部においてすき間部及び溶接部を排除できていない構成を有している。   In the control rod disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-88157, which is another known document, the blade is manufactured as an integral structure by HIP processing. In this method, a plurality of long rectangular tubes containing a neutron absorber are arranged, sandwiched by thin plates called cover plates, and diffusion bonded by HIP processing to produce a blade having vertical holes. The blades are joined to the opposing blades at a bridge portion, and the bridge portion is joined by welding. Therefore, the bridge portion has a configuration in which the gap portion and the welded portion cannot be eliminated.

別の公知文献である特開2015‐203636号公報には、金属積層法によって製造された炉心構成要素が開示されているが、高速増殖炉用の制御棒であり、本発明の対象であるブレード、タイロッド及びハンドルを有する沸騰水型原子炉用制御棒とは構成が異なる。   Japanese Patent Laid-Open No. 2015-203636, which is another known document, discloses a core component manufactured by a metal laminating method, which is a control rod for a fast breeder reactor and is a target of the present invention. , A boiling water nuclear reactor control rod having a tie rod and a handle.

上述した実施例1に係る制御棒1aは、IASCCの発生が危惧される高照射領域9においてすき間部及び溶接部を排除し、高い耐IASCC性を有する構造としている。図8は実施例2に係る原子炉用制御棒の断面図である。図8は、制御棒の、図1におけるA‐A´線断面図に相当する部分の断面図である。実施例2に係る制御棒1cの実施例1の制御棒1aと異なる部分は、タイロッド領域5に開口部15を設けている点にある。このようにタイロッド領域5に開口部15を設けることで、制御棒の剛性を小さくすることができる。   The control rod 1a according to the first embodiment described above has a structure having high IASCC resistance by eliminating gaps and welded portions in the high irradiation region 9 where IASCC is feared to occur. FIG. 8 is a sectional view of a reactor control rod according to the second embodiment. FIG. 8 is a sectional view of a portion of the control rod corresponding to the sectional view along the line AA ′ in FIG. 1. The control rod 1c according to the second embodiment is different from the control rod 1a according to the first embodiment in that an opening 15 is provided in the tie rod region 5. By providing the opening 15 in the tie rod region 5 as described above, the rigidity of the control rod can be reduced.

ブレード領域、タイロッド領域及びハンドル領域を一体物として製造すると、剛性が高い構造となる。制御棒は、その機能上、地震時に急速に炉心内に挿入される必要がある。制御棒の周囲を囲むチャンネルボックスは、ジルコニウム合金製である。ジルコニウム合金の引張強さ及び伸びは、それぞれ、410MPa、20%以上であり、柔軟なジルコニウム合金からなるチャンネルボックスは、地震の揺れにより反りが生じる。制御棒は、チャンネルボックスの反りに沿って、制御棒自身も反りを発生しながら炉心に挿入される。そのため、制御棒の剛性が高いと、制御棒の反りがチャンネルボックスの反りと比較して小さくなるため、チャネルボックスと衝突し、損傷や破損を発生し、最悪の場合挿入不良を起こす可能性が高まる。   When the blade region, the tie rod region and the handle region are manufactured as one body, a structure having high rigidity is obtained. Due to its function, the control rod needs to be rapidly inserted into the core during an earthquake. The channel box surrounding the control rod is made of zirconium alloy. The tensile strength and the elongation of the zirconium alloy are 410 MPa and 20% or more, respectively, and the channel box made of the flexible zirconium alloy is warped due to the shaking of the earthquake. The control rods are inserted into the core along the warp of the channel box while the control rods themselves generate warp. Therefore, if the rigidity of the control rod is high, the warp of the control rod will be smaller than the warp of the channel box, and it may collide with the channel box, resulting in damage or damage, and in the worst case, insertion failure. Increase.

そこで、制御棒の剛性をチャンネルボックスに合わせるために、図8に示す本実施例に係る制御棒1cは、タイロッド領域5に開口部15を設けている。従来のように、ブレード及びタイロッドを別部材として用意した後に接合する方法では、それぞれの部材の接合部となる部分に開口部を作ることは困難であった。金属積層造形法では、粉末を積層していくため、図8に示す構造を容易に製造することが可能である。このようにタイロッド領域5に開口部15を設けることによって、すき間構造及び溶接部を排除し、高い耐SCC及びIASCCを発揮すると共に、構造上適切な剛性を有する制御棒を提供することが可能となる。   Therefore, in order to match the rigidity of the control rod with the channel box, the control rod 1c according to the present embodiment shown in FIG. 8 has an opening 15 in the tie rod region 5. With the method of joining the blade and the tie rod after preparing them as separate members as in the prior art, it is difficult to form an opening at a portion to be a joining portion of each member. In the metal additive manufacturing method, powders are laminated, so that the structure shown in FIG. 8 can be easily manufactured. By providing the opening 15 in the tie rod region 5 as described above, it is possible to eliminate the gap structure and the welded portion, exhibit high SCC resistance and IASCC resistance, and provide a control rod having a structurally appropriate rigidity. Become.

図8において、開口部15は、制御棒1の縦断面を見たときに、四角形状を有しているが、円弧形状とすると、角部に腐食生成物が蓄積することを防止することができるため、より好ましい。その他の構造及び製造方法に関しては、実施例1と同様である。   In FIG. 8, the opening 15 has a quadrangular shape when the vertical cross section of the control rod 1 is viewed, but if it has an arc shape, it is possible to prevent corrosion products from accumulating at the corners. Therefore, it is more preferable. Other structures and manufacturing methods are the same as in the first embodiment.

以上、説明したように、本発明によれば、すき部及び溶接部を排除し、SCC大尾IASCCを防止可能な原子炉用制御棒及びそのような特徴を有する原子炉用制御棒の製造方法を提供することができることが実証された。   As described above, according to the present invention, a control rod for a reactor capable of eliminating a plow portion and a welded portion and preventing SCC Ohio IASCC, and a method of manufacturing a control rod for a reactor having such a feature. It has been demonstrated that can be provided.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、た、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments.

1a,1b,1c…制御棒、20,21…チャンネルボックス、22…燃料棒、3…中性子吸収材充填孔、4,4a〜4d…ブレード領域、5…タイロッド領域、6,6a,6b…ブレード先端、7…ハンドル、8…ハンドル領域、9…高照射領域、10…低照射領域、11…保持具、12…端栓接合部、13…制御棒駆動装置、14…駆動系領域、15…開口部。   1a, 1b, 1c ... Control rod, 20, 21 ... Channel box, 22 ... Fuel rod, 3 ... Neutron absorbing material filling hole, 4, 4a-4d ... Blade area, 5 ... Tie rod area, 6, 6a, 6b ... Blade Tip, 7 ... Handle, 8 ... Handle area, 9 ... High irradiation area, 10 ... Low irradiation area, 11 ... Holder, 12 ... End plug joint, 13 ... Control rod drive device, 14 ... Drive system area, 15 ... Aperture.

Claims (14)

中性子吸収材充填孔を有するブレード領域と、
前記ブレード領域を支持するタイロッド領域と、
前記ブレード領域及び前記タイロッド領域のそれぞれの長さ方向の端部の一方に設けられたハンドル領域と、を有する一つの部材から構成されており、前記部材が溶融凝固組織を有することを特徴とする原子炉用制御棒。
A blade region having a neutron absorber filling hole,
A tie rod region supporting the blade region,
The blade region and the tie rod region are each formed of a single member having a handle region provided at one of the ends in the lengthwise direction, and the member has a melt-solidified structure. Control rod for nuclear reactor.
前記タイロッド領域に開口部を有することを特徴とする請求項1記載の原子炉用制御棒。   2. The reactor control rod according to claim 1, wherein the tie rod region has an opening. 4つの前記ブレード領域と前記タイロッド領域とで十字の形状の横断面を構成することを特徴とする請求項1記載の原子炉用制御棒。   The reactor control rod according to claim 1, wherein the four blade regions and the tie rod regions form a cross-shaped cross section. 3つの前記ブレード領域と前記タイロッド領域とでY字の形状の横断面を構成することを特徴とする請求項1記載の原子炉用制御棒。   The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the three blade regions and the tie rod region form a Y-shaped cross section. 前記原子炉用制御棒を、長さ方向に2つの領域に分割し、前記2つの領域のうち、前記ハンドル領域に近く、中性子の照射量が多い方の領域を上部領域とし、残りの領域を下部領域としたときに、
前記上部領域にある前記中性子吸収材充填孔に中性子吸収材が充填され、前記下部領域にある前記中性子吸収材充填孔には中性子吸収材が充填されていないことを特徴とする請求項1記載の原子炉用制御棒。
The control rod for a nuclear reactor is divided into two regions in the length direction, and of the two regions, the region nearer to the handle region and having a higher neutron irradiation amount is the upper region, and the remaining region is When I made it the lower area,
2. The neutron absorbing material filling hole in the upper region is filled with neutron absorbing material, and the neutron absorbing material filling hole in the lower region is not filled with neutron absorbing material. Control rod for nuclear reactor.
前記下部領域にある前記中性子吸収材充填孔に、前記上部領域にある前記中性子吸収材充填孔に充填されている前記中性子吸収材を保持するための保持具が充填されていることを特徴とする請求項5記載の原子炉用制御棒。   The neutron absorbing material filling hole in the lower region is characterized by being filled with a holder for holding the neutron absorbing material filled in the neutron absorbing material filling hole in the upper region. The control rod for a nuclear reactor according to claim 5. 前記保持具が、多孔質粉末、棒状部材又は弾性体であることを特徴とする請求項6記載の原子炉用制御棒。   The control rod for a nuclear reactor according to claim 6, wherein the holder is a porous powder, a rod-shaped member, or an elastic body. 前記ブレード領域及び前記タイロッド領域の、前記ハンドル領域が設けられている端部と反対側の端部に端栓が設けられ、
前記端栓に、前記原子炉用制御棒の駆動を制御する制御棒駆動装置が接続されていることを特徴とする請求項1記載の原子炉用制御棒。
An end plug is provided at the end of the blade region and the tie rod region opposite to the end where the handle region is provided,
The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein a control rod driving device for controlling the drive of the nuclear reactor control rod is connected to the end plug.
前記中性子吸収材充填孔を、中性子が照射される領域よりも長くし、前記端栓及び前記制御棒駆動装置が、前記中性子が照射される領域の外に設けられていることを特徴とする請求項8記載の原子炉用制御棒。   The neutron absorbing material filling hole is made longer than a region irradiated with neutrons, and the end plug and the control rod drive device are provided outside the region irradiated with the neutrons. Item 8. A control rod for a nuclear reactor according to item 8. 前記部材の化学組成が、質量%で、16〜26%のCrと、8〜22%のNiと、0.02〜0.4%のOと、0.08〜0.005%のCと、0.1〜0.002%のNと、を含み、
0.2〜2.8%のZr、0.4〜5.0%のTa及び0.2〜2.6%のTiのうちの少なくとも1種を更に含み、
残部がFe及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の原子炉用制御棒。
The chemical composition of the member is, in mass%, 16 to 26% Cr, 8 to 22% Ni, 0.02 to 0.4% O, and 0.08 to 0.005% C. , 0.1 to 0.002% N, and
Further comprising at least one of 0.2-2.8% Zr, 0.4-5.0% Ta and 0.2-2.6% Ti,
The control rod for a nuclear reactor according to any one of claims 1 to 9, wherein the balance comprises Fe and unavoidable impurities.
前記部材の平均結晶粒径が10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の原子炉用制御棒。   The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the average crystal grain size of the member is 10 μm or less. 前記部材が析出物を有し、前記析出物のうち、平均粒径が15nmのものが、4.3×1021−3以上の数密度で析出していることを特徴とする請求項11記載の原子炉用制御棒。 The member has a deposit, and among the deposits, those having an average particle size of 15 nm are deposited at a number density of 4.3 × 10 21 m −3 or more. The described control rod for a nuclear reactor. 前記析出物が、Zr、Ta又はTiを含む酸化物であることを特徴とする請求項12記載の原子炉用制御棒。   The control rod for a nuclear reactor according to claim 12, wherein the precipitate is an oxide containing Zr, Ta or Ti. 中性子吸収材充填孔を有するブレード領域と、
前記ブレード領域を支持するタイロッド領域と、
前記ブレード領域及び前記タイロッド領域のそれぞれの長さ方向の端部の一方に設けられたハンドル領域と、を有する一つの部材から構成された原子炉用制御棒の製造方法であって、
前記原子炉用制御棒の上端となる前記ハンドル領域から、前記ブレード領域及び前記タイロッド領域の順で、金属積層造形によって作製することを特徴とする原子炉用制御棒の製造方法。
A blade region having a neutron absorber filling hole,
A tie rod region supporting the blade region,
A method for manufacturing a nuclear reactor control rod, comprising a single member having a handle region provided at one of the lengthwise ends of the blade region and the tie rod region, and
A method for manufacturing a control rod for a reactor, characterized in that the blade region and the tie rod region are sequentially manufactured from the handle region which is an upper end of the control rod for a nuclear reactor by metal additive manufacturing.
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