JP2523616B2 - 原子炉の制御棒集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉の制御棒に係り、緩衝装置であ
るダツシユラムのスエリング量を抑制するに好適な技術
に関する。

〔従来の技術〕

本発明の背景を第３図に従い説明する。

高速増殖炉（高速増殖型原子炉）の炉心には、複数の
燃料集合体（図示せず）と共に、複数の制御棒集合体Ｉ
が設置されている。制御棒集合体Ｉは、通常制御棒１及
び制御棒案内管２により構成され、制御棒１は炉心の上
方より制御棒駆動機構IIにより吊り下げられており、炉
心の下方から別個に支持されている制御棒案内管２中に
収納されている。制御棒１は、制御棒駆動機構IIにより
制御棒案内管２中で上下に駆動されることによつて、炉
心内での核反応を制御する機能を持つている。即ち、炉
心の核反応の観点からは、制御棒１の引抜きは反応の進
展に、挿入は反応の抑制にそれぞれ対応する。又、地震
時等を含む緊急時には、制御棒１は何れの挿入状態から
も、急速に全挿入位置まで挿入され、炉心の核反応を停
止させる。又、制御棒案内管２の内部には、炉心内の核
反応により発生する中性子の照射により発熱した中性子
吸収体４及び制御棒１の構成材の冷却の為に、液体ナト
リウム３が流れている。

制御棒集合体Ｉは、緊急時に於ける制御棒１の急速全
挿入による落下エネルギーを緩和する為、通常制御棒１
の下端にダツシユラム５を設け、それを挿入したり引き
出したりできる形状を有するダツシユポツト６を制御棒
案内管２の下部に設け、それらの間に存在するナトリウ
ム３を緩衝材とした緩衝装置を有する。即ち、急速全挿
入時、ダツシムラム５がダツシユポツト６内に挿入さ
れ、ダツシユポツト６内のナトリウム３を押し出す事に
よるエネルギー損失により、制御棒１の落下エネルギー
を緩衝する。

ここで、冷却材である液体ナトリウム３は、約400℃
〜500℃と高温である為、このナトリウム３中で使用す
る金属材料の機械的強度が、大気中に比べ低下すること
が知られている。又、高温ナトリウム３中に於いては、
摺動特性が著しく低下することも知られている。よつ
て、制御棒１の急速挿入時のダツシユラム５とダツシユ
ポツト６の挿入性及び挿入時の摺動特性や衝突，耐摩耗
性を考慮するならば、通常、考え付け得ることはステラ
イト肉盛やメテコ溶射等の表面硬化処理７（第４図中、
太線で示す部分。）を行うとが考え付けるが、これによ
り次のような問題を想定して対処を用意することが良
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

その問題点とは次の如くである。即ち、原子炉炉心の
中性子照射強度は、炉心上部及び下部では弱く、中央部
では非常に強いほぼ正規分布曲線の形を示すことが知ら
れているが、この中性子照射による金属材料のスエリン
グ（中性子の照射により材料の内部に空孔が生成され、
材料が膨張する現象。）が起こることも、周知の所であ
る。高速増殖炉に於いてはその特徴として、炉内に於い
て非常に多くの中性子が発生し又非常に高温であること
から、スエリングが大変に起こり易すく、スエリング量
が大きくなつてしまう。よつて、このような環境下に於
ける上記処理を施したダツシユラム５及びダツシユポツ
ト６、特に制御棒１と一体となつて、通常、中性子照射
の非常に強い位置にあるダツシユラム５は、スエリング
が非常に重要な問題となる。（ダツシユポツト６の場
合、炉心下部に設置される為中性子照射が弱く、スエリ
ング量が大巾に小さいので、健全性が保たれる。）即
ち、表面硬化材と母材とはその組成が異なることからス
エリング率が異なる為、高中性子照射を長時間受ける
（大量の中性子を蓄積する。）ことによる各々のスエリ
ング量の差が大きくなる。よつて、この差が歪みとなつ
て内部応力が増大し、場合によつて機械的強度上のリス
クが大きくなり、損傷の恐れも出てくる。又、ダツシユ
ポツトが炉心下部の中性子束の弱い位置にありスエリン
グ量が小さいのに対し、ダツシユラム５は制御棒を上方
へ移動させた状態では、高中性子照射の位置にある為ス
エリング量が大きい。その為、制御棒１の急速全挿入時
に於けるダツシユラム５のダツシユポツト６への挿入性
にも問題が生じる。この問題点はダツシユラムに表面硬
化処理を施さないものにおいても、解決することが好ま
しい。

上記したように、従来の制御棒や制御棒集合体を利用
したものに於いては、ダツシユラムが制御棒と一体構造
での原子炉制御構造を組まなければならない為、中性子
照射の強い炉心中央部等に制御棒がある場合、ダツシユ
ラムも同様の中性子照射を受けてしまい、その為の表面
硬化処理を施した部分と母材のスエリング差による損傷
問題、及びダツシユラム自体のスエリングによるダツシ
ユポツトへの挿入性の問題が生じ、これらを解決するに
は、寸法制限等の制約があつた。よつて、ダツシユラム
のスエリング量を抑制せねばならない。

本発明の目的は、ダツシユラムのスエリング量を抑制
することであり、これでスエリング差による損傷問題、
及びダツシユラムのダツシユポツトへの挿入性の問題
を、比較的容易に回避することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するための第１発明による手段は、
ダッシュポットを内蔵した制御棒案内管の中に上下動自
在に制御棒を備えた原子炉の制御棒集合体において、前
記制御棒と前記ダッシュポットとの間であって前記ダッ
シュポットの直前の位置に、前記ダッシュポットに抜き
差し自在な形状のダッシュラムを前記制御棒の降下力を
受けて降下自在に設置し、前記制御棒案内管はダッシュ
ラムの上昇移動を前記直前の位置までに阻止するストッ
パを有し、前記ダッシュラムに前記制御棒案内管内の流
体の流れを前記ダッシュラムが浮き上がる様に絞り込ん
だ流路を備えていることを特徴とした原子炉の制御棒集
合体であり、同じく第２発明による手段は、ダッシュポ
ットを内蔵した制御棒案内管の中に上下動自在に制御棒
を備えた原子炉の制御棒集合体において、前記制御棒と
前記ダッシュポットとの間であって前記ダッシュポット
の直前の位置に、前記ダッシュポットに抜き差し自在な
形状のダッシュラムを前記制御棒の降下力を受けて降下
自在に設置し、前記直前の位置に前記ダッシュラムを前
記ダッシュポットの外側の部材に固定したばねを前記ダ
ッシュポットに固定して前記ばねにより多点で支持し、
前記ばねの強さを、前記制御棒の降下力を前記ダッシュ
ラムで受けたときに前記ダッシュラムが前記ダッシュポ
ットに差し込まれるまで圧縮できる強さに設定したこと
を特徴とした原子炉の制御棒集合体である。

〔作用〕

第１発明による手段によれば、制御棒が上方に移動し
た場合には、制御棒本体からダッシュラムが切り離され
ているから、ストツパで止められる迄制御棒案内管内の
流れにより上昇するものの、それ以上は上昇することは
なく、強い中性子照射を受けにくい位置に停滞する。こ
のために、ダッシュラムはスエリングを起こしにくくダ
ッシュポットへの挿入性や機械的強度の低下を抑制でき
る作用が得られる。ダッシュラムには、制御棒案内管内
を流れる液体の流路が装備され、その流路が絞り込まれ
ているから、ダッシュラムの上方よりも下方の圧力が大
きくなって、ダッシュラムはストッパに押し付けられて
そのストッパの位置に停滞させ続ける作用を成す。この
ように、ダッシュラムはストッパの位置に停滞し続ける
から、制御棒が急速降下されてくると制御棒をダッシュ
ラムが受けて、制御棒とダッシュラムとは一体と成って
下方へ同伴され、ダッシュラムはスエリングを起こしに
くくなっているから、ダッシュラムはダッシュポット内
にスムーズに挿入されて、その挿入に伴うダッシュポッ
ト内の流体の排出運動で制御棒の降下衝撃を緩衝する作
用が確実に得られる。

第２発明による手段によれば、制御棒が上方に移動し
た場合には、制御棒本体からダッシュラムが切り離され
て、ダッシュラムはダッシュポットの直前の位置に置き
去りにされ、置き去りにされたダッシュラムはダッシュ
ポットの直前の位置でばねによりそれ以上上昇乃至は降
下しないように支持される。このようにダッシュラムは
強い中性子照射を受けにくいダッシュポットの直前の位
置に静止しているから、ダッシュラムは中性子照射によ
るスエリングを起こしにくく、ダッシュポットへの挿入
性や機械的強度の低下を抑制できる作用が得られる。次
に、制御棒が急速降下されてくると制御棒をダッシュラ
ムが受けて、制御棒とダッシュラムとは一体と成って降
下しつづけ、ダッシュラムはばねを圧縮し、そしてダッ
シュポット内の流体を押し出しながらダッシュポット内
に挿入される。その挿入に伴うダッシュポット内の流体
の排出運動で制御棒の降下衝撃を緩衝する作用が得られ
る。ダッシュポット内にダッシュラムが挿入される際に
は、ダッシュラムは多点でばね支持されているから、一
点で支持するものに比べて安定な姿勢でダッシュポット
内に挿入して、大きな摩擦を発生することなく、ダッシ
ュポット内の流体の排出運動で制御棒の降下衝撃を緩衝
する作用が確実に成される作用が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、第１図，第２図により説明
する。

第１図において、制御棒集合体Ｉは、制御棒1,制御棒
案内管２及び制御棒１の急速全挿入時の緩衝装置である
ダツシユラム5,ダツシユポツト６により構成され、制御
棒１は制御棒駆動機構IIにより支持され、炉心の下方か
ら別個に支持されている制御棒案内管２内に収納されて
いる。又、ダツシユポツト６は制御棒案内管２の下部
に、炉心下方より支持された形で設置される。制御棒案
内管２の内部には、炉心内の核反応により発生する中性
子の照射により発熱した制御棒１の冷却の為に液体ナト
リウム３が炉心下方より上方に向かつて流れている。

ここで、ダツシユラム５は従来型に対し制御棒１の有
効部Ｌより切り離す。ダツシユラム５単体は、炉心下部
に設置されるダツシユポツト６の直上に設置する。

原子炉通常運転時、制御棒１は制御棒駆動機構IIによ
り制御棒案内管２中で上下に駆動されることによつて、
炉心内での核反応を制御する。又、地震時等を含む緊急
時には、制御棒１は何れの挿入状態からも急速に全挿入
位置まで挿入され、炉心の核反応を停止させる。この急
速全挿入時に於ける制御棒１の落下エネルギーを受け止
める為に、緩衝装置であるダツシユポツト6,ダツシユラ
ム５構造がある。即ち、ダツシユラム５は制御棒１の落
下を受け止め、合体した形でダツシユポツト６内に挿入
され、衝撃を緩和する機能を有しなければならない。そ
こで、第１図に示すように、制御棒案内管２内に炉心下
方より上方へ流れる液体ナトリウム３の流体力によりダ
ツシユラム５を浮かせ、ダツシユラム５上部を、制御棒
案内管２より設けたストツパ８で上方向を拘束すること
により、ダツシユポツト６直上にダツシユラム５をダツ
シユポツト６から抜け出た状態で止める。この場合、液
体ナトリウム３の流体力を高める為、ストツパ８に当た
つているダツシユラム５上部に制御棒案内管２断面積よ
りも小さな断面積を持つ流路９を設け、ストツパ８より
下方の液体ナトリウム３の流れを絞つている。

本実施例に於いて、地震時等緊急時に行う制御棒の急
速全挿入の場合の動きについて、以下に説明する。ま
ず、挿入の為に降下する制御棒１はダツシユラム５に向
かつて落下し、後にダツシユラム５に当たる。次に当た
つた状態、つまり制御棒１とダツシユラム５は合体した
状態で、ダツシユポツト６に向かつて落下し続ける。そ
の後、ダツシユポツト６内にダツシユラム５が挿入し、
従来型と同じ理論により制御棒１の落下による衝撃を緩
和する。即ち、制御棒１とダツシユラム５は切り離され
ているが、制御棒１が落下し、ダツシユラム５に当たつ
た（合体）以降は、従来の制御棒とまつたく同じ動きを
し、衝撃を緩和する。

上記例は、液体ナトリウム３の流体力とストツパ８と
を利用したダツシユラム５の設置方法であるが、流体力
の代わりにバネを使用し行うことも出来る。その一例
を、第２図により説明する。

バネ10は、炉心の下方より別個支持されたダツシユポ
ツト６側より設置し、もう一方の端にダツシユラム５を
固定する。即ち、ダツシユポツト６側より伸びたバネ10
の上に、ダツシユラム５を載せた形でダツシユラム５を
ダツシユポツト６直上に設置する方法である。ダツシユ
ラム５が浮き上がりそうであればダツシユポツト６にば
ね10の上端を連結しても良い。この様に設置した場合、
制御棒１の急速全挿入時に於いてバネ10の縮み量に比例
して挿入方向と反対方向にバネ力が発生し、制御棒１の
急速全挿入に於ける落下エネルギーの緩衝効果もある。

以上本実施例（液体ナトリウム流体力による設置方
法、バネによる設置方法。）によれば、中性子照射の弱
い炉心下部ダツシユポツト直上にダツシユラムを設置出
来るので、中性子照射によるスエリングを小さく抑えら
れ、それにより、ダツシユラム表面に処理する表面硬化
材（ステライト肉盛・メテコ溶射等）と母材とのスエリ
ング差による内部歪を小さく抑える事が出来、機械的強
度の低下、強度上のリスクを抑える事が出来る。又、ダ
ツシユポツト及びダツシユラムを、ほぼ同一位置に設置
する事が出来るので中性子照射等の環境が同一となり、
中性子照射によるスエリングの差が無くなり、制御棒の
急速全挿入時のダツシユラムのダツシユポツトへの挿入
性も良好となる。又、ダツシユラムが常にダツシユポツ
ト直上にあることになる為、原子炉炉心下部の遮蔽増強
にもなり、炉心支持板の照射損傷防止にも効果がある。

本発明の各実施例によれば、ダツシユラムを制御棒有
効部と切り離した単体の状態にて、中性子照射の弱い炉
心下部に設置されるダツシユポツト直上に設置出来るの
で、ダツシユラムの中性子照射によるスエリングを小さ
く抑えられ、それにより表面硬化材と母材とのスエリン
グ差による機械的強度の低下を含めた損傷問題、及び中
性子照射強度の違いにより起こるダツシユラムとダツシ
ユポツトのスエリング量の差による挿入性の問題を、容
易に回避出来る効果がある。

〔発明の効果〕

各発明によれば、制御棒集合体のダッシュラムが中性
子照射の弱いダッシュポット又はその直前の位置に常時
存在することができるから、中性子照射に伴うダッシュ
ラムのスエリングを抑制して、ダシュポットとダッシュ
ラムとによる制御棒の落下衝撃の緩衝作用を確実に成せ
るという効果が得られる。

更に、第１発明によれば、ダッシュラムを制御棒案内
管内の流体の流れとスットパとによりダッシュポットの
直前の位置に待機させることができるので、ダッシュラ
ムをストッパの位置迄上昇させる構成が簡単になるとい
う効果が得られる。

更に、第２発明によれば、ばねでダッシュラムを多点
支持してダッシュラムのダッシュポット内への挿入姿勢
を極力傾斜させる事なくスムーズに行なうことができる
から、ダシュポットとダッシュラムとによる制御棒の落
下衝撃の緩衝作用をより一層確実に成せるという効果が
得られる上、ばねがダッシュラムをダッシュポットの直
前の位置に位置させるストッパとダッシュラムをダッシ
ュポットの直前の位置に上昇させる作用を有するから、
両作用をばねで兼用することができて、構成が簡素にな
るという効果が得らる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による制御棒集合体の一部断
面図、第２図は本発明の他実施例によるダツシユラムの
設置例を示す要部断面図、第３図は従来例による制御棒
集合体の一部断面図、第４図は第３図中の一部に表面硬
化処理を施した状態の要部断面図である。 １……制御棒、２……制御棒案内管、３……液体ナトリ
ウム、５……ダツシユラム、６……ダツシユポツト、８
……ストツパ、９……流路、10……バネ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダッシュポットを内蔵した制御棒案内管の
   中に上下動自在に制御棒を備えた原子炉の制御棒集合体
   において、前記制御棒と前記ダッシュポットとの間であ
   って前記ダッシュポットの直前の位置に、前記ダッシュ
   ポットに抜き差し自在な形状のダッシュラムを前記制御
   棒の降下力を受けて降下自在に設置し、前記制御棒案内
   管はダッシュラムの上昇移動を前記直前の位置までに阻
   止するストッパを有し、前記ダッシュラムに前記制御棒
   案内管内の流体の流れを前記ダッシュラムが浮き上がる
   様に絞り込んだ流路を備えていることを特徴とした原子
   炉の制御棒集合体。
2. 【請求項２】ダッシュポットを内蔵した制御棒案内管の
   中に上下動自在に制御棒を備えた原子炉の制御棒集合体
   において、前記制御棒と前記ダッシュポットとの間であ
   って前記ダッシュポットの直前の位置に、前記ダッシュ
   ポットに抜き差し自在な形状のダッシュラムを前記制御
   棒の降下力を受けて降下自在に設置し、前記直前の位置
   に前記ダッシュラムを前記ダッシュポットの外側の部材
   に固定したばねを前記ダッシュポットに固定して前記ば
   ねにより多点で支持し、前記ばねの強さを、前記制御棒
   の降下力を前記ダッシュラムで受けたときに前記ダッシ
   ュラムが前記ダッシュポットに差し込まれるまで圧縮で
   きる強さに設定したことを特徴とした原子炉の制御棒集
   合体。