JP2704006B2 - 原子炉用制御棒 - Google Patents
原子炉用制御棒Info
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- JP2704006B2 JP2704006B2 JP1229312A JP22931289A JP2704006B2 JP 2704006 B2 JP2704006 B2 JP 2704006B2 JP 1229312 A JP1229312 A JP 1229312A JP 22931289 A JP22931289 A JP 22931289A JP 2704006 B2 JP2704006 B2 JP 2704006B2
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- Japan
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- water
- wing
- control rod
- hole
- reactor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉（BWR）等の軽水炉の原子炉
出力を制御する原子炉用制御棒に係り、特に、発熱する
中性子吸収材に対する冷却効果を高めた原子炉用制御棒
に関する。
出力を制御する原子炉用制御棒に係り、特に、発熱する
中性子吸収材に対する冷却効果を高めた原子炉用制御棒
に関する。
（従来の技術） 一般に、沸騰水型原子炉（BWR）の炉心は、十字型の
横断面を有する十字型制御棒と、これを取り囲む４体１
組の燃料集合体とで構成されたセルを多数配置して構成
されている。燃料集合体は多数の燃料棒と少数の水棒
（ウォーターロッド）とを規則正しく配列し、その外周
に方形のチャンネルボックスを配置することにより構成
されている。
横断面を有する十字型制御棒と、これを取り囲む４体１
組の燃料集合体とで構成されたセルを多数配置して構成
されている。燃料集合体は多数の燃料棒と少数の水棒
（ウォーターロッド）とを規則正しく配列し、その外周
に方形のチャンネルボックスを配置することにより構成
されている。
一方、制御棒は中央に十字形の結合部材（タイロッ
ド）を配置し、この結合部材の各突出部に深いＵ字状の
シースを固着し、同シース内に中性子吸収材を配置して
構成されている。中性子吸収材としては、従来からステ
ンレス鋼製細管にボロンカーバイト（B4C）粉末を充填
したものが一般的に使用されているが、本発明者による
長寿命型制御棒の提案（特開昭53−74697号公報）以
後、ハフニウム（Hf）を部分的または全面的に使用する
多種多様な長寿命型の制御棒が提案されている。
ド）を配置し、この結合部材の各突出部に深いＵ字状の
シースを固着し、同シース内に中性子吸収材を配置して
構成されている。中性子吸収材としては、従来からステ
ンレス鋼製細管にボロンカーバイト（B4C）粉末を充填
したものが一般的に使用されているが、本発明者による
長寿命型制御棒の提案（特開昭53−74697号公報）以
後、ハフニウム（Hf）を部分的または全面的に使用する
多種多様な長寿命型の制御棒が提案されている。
従来の制御棒100は第５図に示すように十字形の結合
部材101の突出部に深いＵ字状のシース102を固着してウ
イング103を構成し、シース102内を中性子吸収材を収納
した構成となっている。そして、原子炉内ではシース10
2に設けた多数の通水孔104から水が入り込み、中性子減
速材および冷却材としての機能を果す。通水孔104は制
御棒軸の位置によって軸と直角方向の配置が異なってい
るものの、全体的（マクロ的）に見ると、水平（軸と直
角）方向の分布は一様となっている。
部材101の突出部に深いＵ字状のシース102を固着してウ
イング103を構成し、シース102内を中性子吸収材を収納
した構成となっている。そして、原子炉内ではシース10
2に設けた多数の通水孔104から水が入り込み、中性子減
速材および冷却材としての機能を果す。通水孔104は制
御棒軸の位置によって軸と直角方向の配置が異なってい
るものの、全体的（マクロ的）に見ると、水平（軸と直
角）方向の分布は一様となっている。
（発明が解決しようとする課題） ところが、第６図に相対分布として示すようにウイン
グ103幅方向の中性子照射量は、ウイング外側部１〜3c
m、特に約1cm幅で著しく高くなる。そして、ウイング内
側部でも0.5〜1cmの範囲で若干高くなっている。発熱量
分布は中性子照射量分布にほぼ比例するので、相対分布
は中性子照射量分布とほぼ同じになる。したがって、発
熱量の高い部分ほど冷却特性を向上させることが望まし
いことが判る。
グ103幅方向の中性子照射量は、ウイング外側部１〜3c
m、特に約1cm幅で著しく高くなる。そして、ウイング内
側部でも0.5〜1cmの範囲で若干高くなっている。発熱量
分布は中性子照射量分布にほぼ比例するので、相対分布
は中性子照射量分布とほぼ同じになる。したがって、発
熱量の高い部分ほど冷却特性を向上させることが望まし
いことが判る。
それにも拘らず、従来の制御棒100は通水孔104がウイ
ング103の幅方向に実質的に一様に分布しているため、
ウイング外側近傍の中性子吸収材105の冷却特性が低
く、その結果、中性子吸収材105が過熱して中性子吸収
材105の健全性が低下するとともに、減速材として機能
する水にあってはボイド（気泡）の発生率が高くなり、
運転中の反応度が低下する問題がある。
ング103の幅方向に実質的に一様に分布しているため、
ウイング外側近傍の中性子吸収材105の冷却特性が低
く、その結果、中性子吸収材105が過熱して中性子吸収
材105の健全性が低下するとともに、減速材として機能
する水にあってはボイド（気泡）の発生率が高くなり、
運転中の反応度が低下する問題がある。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、原子炉の運転制御に用いられる制御
棒、特にハフニウムやユーロピウム（Eu）のような中性
子を吸収して発熱する長寿命型制御棒の冷却特性を向上
させる原子炉用制御棒を提供することにある。
的とするところは、原子炉の運転制御に用いられる制御
棒、特にハフニウムやユーロピウム（Eu）のような中性
子を吸収して発熱する長寿命型制御棒の冷却特性を向上
させる原子炉用制御棒を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明による原子炉用制御棒は、先端構造材と末端構
造材とを結合部材で結合し、この結合部材に複数の通通
水孔を有するシースを固着してウイングを構成し、上記
先端構造材、末端構造材、結合部材およびシースで囲ま
れる内部空間に中性子吸収材を収納した原子炉用制御棒
において、上記通水孔は上記ウイング外側近傍の通水孔
の面積を上記結合部材とウイング外側との中性子吸収材
収納空間の平均的な通水孔の面積に比べて大きくしたこ
とを特徴とする。
造材とを結合部材で結合し、この結合部材に複数の通通
水孔を有するシースを固着してウイングを構成し、上記
先端構造材、末端構造材、結合部材およびシースで囲ま
れる内部空間に中性子吸収材を収納した原子炉用制御棒
において、上記通水孔は上記ウイング外側近傍の通水孔
の面積を上記結合部材とウイング外側との中性子吸収材
収納空間の平均的な通水孔の面積に比べて大きくしたこ
とを特徴とする。
（作用） 上記の構成を有する本発明においては、結合部材とウ
イング外側との中性子吸収材収納空間の平均的な通水孔
の面積に比べて、ウイング外側近傍の通水孔の面積をよ
り大としたので、発熱量の高いウイング外側近傍に冷却
材としての水がより多く入り込むことになり、中性子吸
収材の冷却特性が向上する、その結果、中性子吸収材の
過熱が防止されるとともに、ボイド（気泡）発生率が低
下することになる。
イング外側との中性子吸収材収納空間の平均的な通水孔
の面積に比べて、ウイング外側近傍の通水孔の面積をよ
り大としたので、発熱量の高いウイング外側近傍に冷却
材としての水がより多く入り込むことになり、中性子吸
収材の冷却特性が向上する、その結果、中性子吸収材の
過熱が防止されるとともに、ボイド（気泡）発生率が低
下することになる。
（実施例） 以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。
第４図は本発明の一実施例による沸騰水型原子炉（BW
R）の炉心を示し、第４図に示すようにBWRの炉心は多数
のセル１を配置して構成し、セル１は第３図に示すよう
に十字型の横断面を有する十字型制御棒２と、それを取
り囲む４体１組の燃料集合体３とで構成されている。燃
料集合体３は多数の燃料棒3aと少数の水棒（ウォータロ
ッド）3bを規則正しく配列し、その外周に方形のチャン
ネルボックス3cを配置して構成されている。
第４図は本発明の一実施例による沸騰水型原子炉（BW
R）の炉心を示し、第４図に示すようにBWRの炉心は多数
のセル１を配置して構成し、セル１は第３図に示すよう
に十字型の横断面を有する十字型制御棒２と、それを取
り囲む４体１組の燃料集合体３とで構成されている。燃
料集合体３は多数の燃料棒3aと少数の水棒（ウォータロ
ッド）3bを規則正しく配列し、その外周に方形のチャン
ネルボックス3cを配置して構成されている。
一方、十字型制御棒２は十字型の結合部材としてのタ
イロッド４を配置し、このタイロッド４の各突出部に深
いＵ字状の金属製シース５を固着してウイング６を構成
し、シース５内に中性子吸収材10を配置して構成されて
いる。そして、第２図（Ａ），（Ｂ）は中性子吸収材と
してハフニウム（Hf）を使用する制御棒を示しており、
第２図（Ａ）に示す制御棒2aは十字型のタイロッド4aに
細長い４枚のウイング6aに内側が固着され、挿入先端側
には突出形成したハンドル10aを有する先端構造材7a、
挿入末端側にはスピードリミッタ8aを取り付けた末端構
造材9aが固着される。
イロッド４を配置し、このタイロッド４の各突出部に深
いＵ字状の金属製シース５を固着してウイング６を構成
し、シース５内に中性子吸収材10を配置して構成されて
いる。そして、第２図（Ａ），（Ｂ）は中性子吸収材と
してハフニウム（Hf）を使用する制御棒を示しており、
第２図（Ａ）に示す制御棒2aは十字型のタイロッド4aに
細長い４枚のウイング6aに内側が固着され、挿入先端側
には突出形成したハンドル10aを有する先端構造材7a、
挿入末端側にはスピードリミッタ8aを取り付けた末端構
造材9aが固着される。
また、第２図（Ｂ）に示す制御棒2bは第２図（Ａ）に
示す制御棒2aと同様に、タイロッド4bに４枚のウイング
6bの内側が固着され、挿入先端側には突出形成したハン
ドル10bを有する先端構造材7b、挿入末端側にはスピー
ドリミッタ8bを取り付けた末端構造材9bがそれぞれ固着
される。
示す制御棒2aと同様に、タイロッド4bに４枚のウイング
6bの内側が固着され、挿入先端側には突出形成したハン
ドル10bを有する先端構造材7b、挿入末端側にはスピー
ドリミッタ8bを取り付けた末端構造材9bがそれぞれ固着
される。
第２図（Ａ）に示す制御棒2aはハフニウムを棒状とし
て使用しており、第２図（Ｂ）に示す制御棒2bは間隙に
おいて２枚のハフニウム板20に対向するように配置した
構成となっている。制御棒2bでは対向するハフニウム板
20,20間に原子炉内で水が入り込み、中性子減速材と冷
却材としての機能を果す。ウイング6bとハフニウム板20
間にも水が入り、冷却材として作用する。そして、制御
棒2a制御棒2bとの相違は、ハフニウム板でなく、ハフニ
ウム棒21を使用する点のみである。このハフニウム棒21
の外周には水が入り、冷却材として作用する。ハフニウ
ム棒はその直径を変えたり、管状のハフニウムを用いて
もよい。なお、上記制御棒2a,2bを組み合せた一部ハフ
ニウム棒、一部ハフニウム板のような構成であってもよ
い。
て使用しており、第２図（Ｂ）に示す制御棒2bは間隙に
おいて２枚のハフニウム板20に対向するように配置した
構成となっている。制御棒2bでは対向するハフニウム板
20,20間に原子炉内で水が入り込み、中性子減速材と冷
却材としての機能を果す。ウイング6bとハフニウム板20
間にも水が入り、冷却材として作用する。そして、制御
棒2a制御棒2bとの相違は、ハフニウム板でなく、ハフニ
ウム棒21を使用する点のみである。このハフニウム棒21
の外周には水が入り、冷却材として作用する。ハフニウ
ム棒はその直径を変えたり、管状のハフニウムを用いて
もよい。なお、上記制御棒2a,2bを組み合せた一部ハフ
ニウム棒、一部ハフニウム板のような構成であってもよ
い。
ところで、第１図は本発明に係る原子炉用制御棒の一
実施例を示し、制御棒２のウイング６には多数の通水孔
11が穿設され、冷却材として作用する水がこの通水孔11
から流入し、あるいは排出されるようになっている。こ
の通水孔11に加えて、ａで示す右半分はウイング６外側
部に通水孔12が追加されている。また、先端構造材７に
隣接するウイング６にも通気孔13が穿設されている。こ
の通水孔13は主として冷却水の排出口として作用する。
図示していないが、末端構造材９に隣接するウイング６
にも通水孔を設けてもよい。この場合、上記通水孔は主
として水の取入口として作用する。
実施例を示し、制御棒２のウイング６には多数の通水孔
11が穿設され、冷却材として作用する水がこの通水孔11
から流入し、あるいは排出されるようになっている。こ
の通水孔11に加えて、ａで示す右半分はウイング６外側
部に通水孔12が追加されている。また、先端構造材７に
隣接するウイング６にも通気孔13が穿設されている。こ
の通水孔13は主として冷却水の排出口として作用する。
図示していないが、末端構造材９に隣接するウイング６
にも通水孔を設けてもよい。この場合、上記通水孔は主
として水の取入口として作用する。
他方、第１図にｂで示す左半分では、ウイング６外側
部に大径の通水孔14が通水孔11に加えて穿設される。ま
た、タイロッド４近傍にも小さな通水孔15が設けられ、
発熱量の若干高いタイロッド４近傍部分に、より多くの
水が入り込むようにしている。この通水孔15は水の滞留
による電気化学的トラブルの原因解消にも寄与すること
になる。その他、先端構造材７および末端構造材９に隣
接するウイング６に通水孔を設けた点についてはａで示
す右半分のウイング同様である。
部に大径の通水孔14が通水孔11に加えて穿設される。ま
た、タイロッド４近傍にも小さな通水孔15が設けられ、
発熱量の若干高いタイロッド４近傍部分に、より多くの
水が入り込むようにしている。この通水孔15は水の滞留
による電気化学的トラブルの原因解消にも寄与すること
になる。その他、先端構造材７および末端構造材９に隣
接するウイング６に通水孔を設けた点についてはａで示
す右半分のウイング同様である。
次に本発明の作用を説明する。
本実施例ではウイング６外側部に第１図のａで示す右
半分において通水孔21を追加し、またｂで示す左半分に
おいて大径の通水孔14を設け、タイロッド４とウイング
６外側との中性子吸収材収納空間の平均的な通水孔11の
面積に比べて、ウイング６外側近傍の通水孔の面積をよ
り大としたので、発熱量の高いウイング６外側近傍に冷
却材としての水がより多く入り込み、またｂで示す左半
分においてはタイロッド４近傍にも小さな通水孔15を設
けたので、発熱量の若干高いその部分により多くの水が
入り込むことになる。したがって、中性子吸収の冷却特
性が向上することとなって、中性子吸収材の過熱が防止
されるとともに、減速材として機能する水にあってはボ
イドが発生せず、仮に発生しても低いボルド率に抑える
ことができるため、中性子減速により中空子吸収効果を
向上させる制御棒では、中性子吸収効果の低下を抑制す
ることができる。
半分において通水孔21を追加し、またｂで示す左半分に
おいて大径の通水孔14を設け、タイロッド４とウイング
６外側との中性子吸収材収納空間の平均的な通水孔11の
面積に比べて、ウイング６外側近傍の通水孔の面積をよ
り大としたので、発熱量の高いウイング６外側近傍に冷
却材としての水がより多く入り込み、またｂで示す左半
分においてはタイロッド４近傍にも小さな通水孔15を設
けたので、発熱量の若干高いその部分により多くの水が
入り込むことになる。したがって、中性子吸収の冷却特
性が向上することとなって、中性子吸収材の過熱が防止
されるとともに、減速材として機能する水にあってはボ
イドが発生せず、仮に発生しても低いボルド率に抑える
ことができるため、中性子減速により中空子吸収効果を
向上させる制御棒では、中性子吸収効果の低下を抑制す
ることができる。
ところで、上記の説明はウイング６の通水孔について
述べたが、中性子吸収材に対してもウイング６の通水孔
の作用が生かされるように構成することが望ましい。例
えば第２図（Ａ）に示すような制御棒2aではハフニウム
棒21の直径を局所的に細くして通水し易くしたり、第２
図（Ｂ）に示す制御棒2bではハフニウム板20に通水孔に
対応する孔を穿設したり、溝を形成するなどして通水し
易くする。
述べたが、中性子吸収材に対してもウイング６の通水孔
の作用が生かされるように構成することが望ましい。例
えば第２図（Ａ）に示すような制御棒2aではハフニウム
棒21の直径を局所的に細くして通水し易くしたり、第２
図（Ｂ）に示す制御棒2bではハフニウム板20に通水孔に
対応する孔を穿設したり、溝を形成するなどして通水し
易くする。
また、第２図（Ａ）において、管状ハフニウムを用い
る場合にあっては、通水孔に対応して孔を設け、管内へ
の水の流入あるいは管内からの水やボイドの排出がより
容易になるようにしてもよい。
る場合にあっては、通水孔に対応して孔を設け、管内へ
の水の流入あるいは管内からの水やボイドの排出がより
容易になるようにしてもよい。
そして、中性子吸収材としてのユーロピウム（Eu）を
用いる場合には、発熱率がハフニウムより高く、あるい
は熱伝導度が低くなるというハフニウムより不利となり
易いので、通水孔の重要性は一段と高くなる。
用いる場合には、発熱率がハフニウムより高く、あるい
は熱伝導度が低くなるというハフニウムより不利となり
易いので、通水孔の重要性は一段と高くなる。
一方、原子炉炉心においては、燃料集合体の燃料下部
結合板（LTP）ノズルからのリークフロー孔も制御棒側
に位置し、ウイング外側近傍に冷水が吹き出すので、上
記実施例の通水孔は効果的に作用することになる。
結合板（LTP）ノズルからのリークフロー孔も制御棒側
に位置し、ウイング外側近傍に冷水が吹き出すので、上
記実施例の通水孔は効果的に作用することになる。
なお、本発明は上記実施例に限らず種々の変更が可能
である。例えば、上記実施例ではウイング外側部に第１
図のａで示す右半分に通水孔12を追加し、ｂに示す左半
分に大径の通水孔14を設けるようにしたが、これに限ら
ずいずれか一方の通水孔をウイング外側部近傍に設ける
ようにしてもよい。また、本実施例では通水孔は円形の
例を示したが、楕円形や離間した複数円を相互につない
だ略長方形の孔などとしてもよい。
である。例えば、上記実施例ではウイング外側部に第１
図のａで示す右半分に通水孔12を追加し、ｂに示す左半
分に大径の通水孔14を設けるようにしたが、これに限ら
ずいずれか一方の通水孔をウイング外側部近傍に設ける
ようにしてもよい。また、本実施例では通水孔は円形の
例を示したが、楕円形や離間した複数円を相互につない
だ略長方形の孔などとしてもよい。
また、上記実施例では本発明をBWR炉心に適用した例
について説明したが、本発明は加圧水型原子炉（PW
R）、新型転換炉（ATR）、高転換炉（HCR）、高温ガス
炉（HIGR）、高速増殖炉（FBR）等、あらゆる原子炉に
対しても応用することができる。
について説明したが、本発明は加圧水型原子炉（PW
R）、新型転換炉（ATR）、高転換炉（HCR）、高温ガス
炉（HIGR）、高速増殖炉（FBR）等、あらゆる原子炉に
対しても応用することができる。
以上の通り本発明によれば、ウイング外側近傍の通水
孔の面積を結合部材とウイング外側との中性子吸収材収
納空間の平均的な通水孔の面積に比べて大きくしたの
で、発熱率の高いウイング外側近傍での冷却効果が向上
し、効果的に冷却が進行する。その結果、中性子吸収材
の健全性が向上し、またボイド率が低下する。このボイ
ド率の低下により運転中の反応度低下が抑制され、安定
した原子炉運転に寄与するという効果を奏する。
孔の面積を結合部材とウイング外側との中性子吸収材収
納空間の平均的な通水孔の面積に比べて大きくしたの
で、発熱率の高いウイング外側近傍での冷却効果が向上
し、効果的に冷却が進行する。その結果、中性子吸収材
の健全性が向上し、またボイド率が低下する。このボイ
ド率の低下により運転中の反応度低下が抑制され、安定
した原子炉運転に寄与するという効果を奏する。
第１図は本発明に係る原子炉用制御棒の実施例を示す要
部正面図、第２図（Ａ）および（Ｂ）はセル中に配置さ
れる制御棒を一部破断して示す斜視図、第３図はセルの
横断面図、第４図は本発明が適用される沸騰水型原子炉
炉心の概略横断面図、第５図は従来の原子炉用制御棒を
示す要部正面図、第６図は制御棒のウイング幅方向の相
対分布を示す説明図である。 ２……制御棒、４……タイロッド（結合部材）、５……
シース、６……ウイング、７……先端構造材、９……末
端構造材、10……中性子吸収材、11……通水孔、12……
通水孔、14……大径の通水孔。
部正面図、第２図（Ａ）および（Ｂ）はセル中に配置さ
れる制御棒を一部破断して示す斜視図、第３図はセルの
横断面図、第４図は本発明が適用される沸騰水型原子炉
炉心の概略横断面図、第５図は従来の原子炉用制御棒を
示す要部正面図、第６図は制御棒のウイング幅方向の相
対分布を示す説明図である。 ２……制御棒、４……タイロッド（結合部材）、５……
シース、６……ウイング、７……先端構造材、９……末
端構造材、10……中性子吸収材、11……通水孔、12……
通水孔、14……大径の通水孔。
Claims (1)
- 【請求項１】先端構造材と末端構造材とを結合部材で結
合し、この結合部材に複数の通水孔を有するシースを固
着してウイングを構成し、上記先端構造材、末端構造
材、結合部材およびシースで囲まれる内部空間に中性子
吸収材を収納した原子炉用制御棒において、上記通水孔
は上記ウイング外側近傍の通水孔の面積を上記結合部材
とウイング外側との中性子吸収材収納空間の平均的な通
水孔の面積に比べて大きくしたことを特徴とする原子炉
用制御棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229312A JP2704006B2 (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 原子炉用制御棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229312A JP2704006B2 (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 原子炉用制御棒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03128486A JPH03128486A (ja) | 1991-05-31 |
| JP2704006B2 true JP2704006B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=16890169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1229312A Expired - Lifetime JP2704006B2 (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 原子炉用制御棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2704006B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE501790C2 (sv) * | 1993-09-22 | 1995-05-15 | Asea Atom Ab | Styrstav till en kokarreaktor där absorbatordelen innefattar en central kanal |
| JP5171151B2 (ja) * | 2007-08-07 | 2013-03-27 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 沸騰水型原子炉用制御棒 |
-
1989
- 1989-09-06 JP JP1229312A patent/JP2704006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03128486A (ja) | 1991-05-31 |
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