JP4307993B2 - 沸騰水型原子炉のための制御棒および制御棒ブレード - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉のための制御棒および制御棒ブレードに関するものであり、制御棒ブレードは、凹所を有している自由エッジ部分を具備し、吸収性材料を受領し得るよう形成された複数のチャネルの各出口が、凹所上において、列状に配置され、さらに、エッジ部分の少なくとも一部に沿って取り付けられ得るよう構成されたカバー部材を具備し、このカバー部材が、凹所がなす開口をシールし得るよう構成されたカバー部と、取付状態において凹所の壁表面に対して当接し得るよう構成された支持部と、を備え、これにより、凹所内において複数のチャネルの各出口どうしの間にわたる少なくとも１つの通路が、形成されるようになっている。

通常、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のための制御棒は、中央部分と、この中央部分から延出された４つの制御棒ブレードと、を備えている。各制御棒ブレードは、隣り合う制御棒ブレードに対して直角に配置されている。通常、従来型制御棒ブレードは、スチール材料製シートから製造される。制御棒ブレードの自由エッジ部分には、複数の凹所が、長手方向に切削形成されている。複数のチャネルは、十分な壁厚さが得られるよう、金属シートの厚さよりも小さな直径を有している。複数のチャネルは、制御棒ブレードの自由エッジ部分から、制御棒の中央部分に向けて、延在している。チャネル内には、適切な吸収性材料が配置される。その後、吸収性材料は、凹所の脚を圧延形成することによって、収容される。その後、脚の端面どうしを長手方向溶接ジョイントによって互いに溶接して、凹所の気密シールおよび圧力耐性シールを達成する。脚を圧延することができるためには、脚を長いものとしなければならず、制御棒ブレードのエッジ部において、比較的深い凹所が形成されなければならない。溶着状態においては、制御棒ブレードの自由エッジ部分は、丸められた形状を有しており、その結果、吸収性材料は、制御棒ブレードの端面から完全には無視できないような距離のところに配置されなければならない。制御棒ブレードの反応効果を増大させるには、吸収性材料が端面に近接して配置され得ることが望ましい。

研究開示３３９２５／９２において出版された profylax には、自由エッジ部分に凹状凹所が設けられた制御棒ブレードが記載されている。凹所をシールするために、適用対象をなす凹所に対して実質的に対応した形状とされたカバー部材が、適用される。カバー部材は、凹所がなす開口をシールするカバー部と、凹所の凹状壁表面に対して当接し得るよう構成された凸状接触面を有した支持部と、を備えている。カバー部材は、２つの長手方向溶接ジョイントによって、凹所の脚に対して固定される。支持部は、面取部を有している。これにより、支持部の面取壁表面と凹所の凹状壁表面との間に通路が形成されるようになっている。この通路は、凹所内において複数のチャネルの各出口どうしを互いに連通させる。チャネルは、この例においては、粉末状の吸収性材料を収容している。通路は、動作時に発生した核分裂ガスをチャネルどうしの間にわたって流通させることを可能とし、これにより、圧力の均衡化が得られている。カバー部材は、２つのさらなる通路の設置を可能とする形状を有している。このようなさらなる通路は、溶接ジョイントの実質的に内部に設置される。これら通路は、溶接操作時において溶接ジョイントの根元サイドに不活性ガスを分散させることができる。カバー部材は、この場合には、比較的複雑な構成とされている。しかも、これと同時に、凹所が凹形状とされていることにより、少なくとも局所的に、チャネルの出口が、制御棒ブレードの端面から比較的離間したところに配置されている。制御棒ブレードの端面の近傍に吸収性材料を配置させるという可能性が、これによって低減されている。
研究開示３３９２５／９２

本発明の目的は、比較的単純な構成とされた自由エッジ部分を具備した制御棒ブレードを提供することによって、制御棒ブレードを低コストで製造可能とすることであり、これと同時に、エッジ部分の構成に起因して、動作時に大きな反応効果を有した制御棒ブレードを得ることである。

上記目的は、上述したタイプの制御棒ブレードにおいて、支持部が、凹所の幅よりも狭い幅を有しているとともに、凹所内の底面に対して当接し得るよう構成された接触面を有していることを特徴とする制御棒ブレードによって、達成される。支持部が凹所の幅よりも狭い幅を有していることにより、支持部の少なくとも一方サイドにおいて、好ましくは支持部の両サイドにおいて、支持部の側壁表面と凹所の側壁表面との間のところに、通路が得られる。そのような通路は、動作時における核分裂ガスの流通を可能とし、これにより、凹所へとつながるチャネル間の圧力を均衡化させる。そのようなカバー部材は、比較的単純な形状をもたらし得るとともに、低コストでの製造を可能とする。そのような両側方に延在した通路により、凹所を浅く形成することができるとともに、チャネルの出口を、制御棒ブレードの端面から比較的近いところに配置することができる。これにより、吸収性材料を、制御棒ブレードの端面から比較的近いところに配置することができ、制御棒ブレードは、動作時における大きな反応効果を達成する。

本発明の好ましい実施形態においては、支持部は、チャネルの出口の幅よりも狭い幅を有している。これにより、支持部は、チャネルの出口を部分的にしか被覆することがなく、発生したガスは、支持部に沿って、隣接チャネルどうしの通路を経由して、流通することができる。有利には、支持部は、カバー部材の長さ全体に沿って連続的に延在している。連続的に延在している支持部を有した取付部材は、延在方向に沿って、実質的に一定の横断面形状を有している。これにより、低コストでの単純な製造が可能とされる。そのような取付部材は、満足のいく機能を得るためにチャネルの出口どうしに応じて支持部材に対して施されなければならないような何らの特別の適合化が不要であることにより、簡単な取付をもたらす。有利には、カバー部材は、実質的にＴ字形状をなす横断面形状を有している。有利には、Ｔ字形状のカバー部材は、上側に位置したカバー部を備えている。このカバー部は、実質的に矩形横断面を有しているとともに、凹所がなす開口幅を実質的に閉塞する幅を有し、さらに、凹所に圧力耐性シールを付与し得るような厚さとされる。有利には、支持部は、また、実質的に矩形横断面形状を有しており、カバー部の中央部から凹所内へと垂直かつ下向きに張り出している。このようなＴ字形状カバー部材は、製造が単純である。

本発明の他の好ましい実施形態においては、支持部は、凹所内の平面状をなす対応底面に対して当接し得るよう構成された、実質的に平面状の接触面を有している。平面状をなす接触面を使用していることにより、接触領域に関しては、局所的キャビティ部分が存在しない。そのような局所的キャビティは、チャネル出口から制御棒ブレード端面への距離を増大させ、これにより、端面に対しての吸収材の離間間隔を増大させてしまう。凹所の底面は、複数のチャネルの隣接出口どうしの間に位置した領域においては、グルーブ（あるいは、溝）として形成することができる。好ましくは、グルーブは、支持部の幅に実質的に対応した幅を有している。これにより、カバー部材の支持部は、係合時には、単純な態様でもって、凹所内への正確で安定的な位置決めをもたらす。したがって、カバー部材のカバー部は、取付状態においては、凹所がなす開口を実質的に被覆する。しかしながら、そのような位置決めにおいては、カバー部材のエッジと凹所の脚との間において、カバー部材の両サイド上のところに、狭いスリットを形成することができる。それらスリットは、脚の内表面に対しての、カバー部材のエッジの溶接操作を容易なものとする。それは、スリットが、通路に対しての保護ガスの分散を可能とするからであり、これにより、保護ガスは、形成された溶接の下面に対して作用することができる。

本発明の他の好ましい実施形態においては、カバー部材は、２つの長手方向溶接ジョイントによって、制御棒ブレードのエッジ部分に対して取り付けられている。有利には、そのような溶接ジョイントは、ＴＩＧバーナーによって形成することができる。その結果、Ｔ字形状カバー部材は、支持ブレードの両サイドにおいて通路をもたらす。よって、通路は、動作時における上記圧力均衡化機能に加えて、溶接操作時には、溶接ジョイントの下面側へと不活性ガスを分散させることができる。不活性ガスのそのような供給により、溶接ジョイントを高品質なものとすることを保証することができる。

本発明の他の好ましい実施形態においては、吸収性材料は、中実吸収性ボディ（あるいは、中実吸収性部材）から構成されている。有利には、中実吸収性ボディは、ロッド形状とされ、円形横断面形状を有したものとされる。中実吸収性ボディは、粉末状吸収性材料と比較して、溶接操作時に吸収性材料が吹き上げられてしまって溶接ジョイント内に混合されてしまうというリスクがないという利点を有している。有利には、中実吸収性ボディは、炭化ホウ素を備えている。炭化ホウ素は、最も頻繁に使用される吸収性材料であって、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）プロセスによって中実吸収性ロッドへと、プレス加工することができる。これに代えて、ハフニウム製の吸収性ロッドを使用することができる。各チャネル内には、１つまたは複数の吸収性ロッドを収容することができる。炭化ホウ素製吸収性ロッドが中性子放射を吸収したときには、吸収性ロッドは、膨張する。チャネル内での軸方向における吸収性ロッドの膨張を可能とし得るよう、チャネルの背面側に（奥に）スプリングを設置することができる。これにより、吸収性ロッドの外方端部は、カバー部材の比較的近傍に配置したにしても、吸収性ロッドの膨張によってカバー部材が変形してしまうというリスクが防止される。

以下においては、本発明の好ましい実施形態の一例について、添付図面を参照しつつ、説明する。

図１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内において中性子束を制御するための制御棒（１）を示している。この制御棒（１）は、４つの制御棒ブレード（２）を備えている。各制御棒ブレード（２）は、隣り合う制御棒ブレード（２）に対して直角に配置されている。制御棒ブレード（２）は、互いに列をなすようにして配置された複数の穿孔チャネル（３）を有している。穿孔チャネル（３）は、制御棒ブレード（２）の自由エッジと、制御棒ブレードどうしが遭遇している中央部分と、の間にわたって延在している。制御棒ブレード（２）は、シート材料から製造されている。このシート材料は、好ましくは、スチール製とされ、厚さが７〜８ｍｍとされる。制御棒ブレード（２）内に穿孔されている各チャネル（３）は、この例においては、直径が５〜６ｍｍとされている。

図２は、制御棒ブレード（２）のうちの、封止される前の状態でのエッジ部と、このエッジ部をシールするためのカバー部材（４）と、を示している。したがって、制御棒ブレードは、シート材料とされていて、このシート材料の自由端表面には、ミリング操作によって、第１Ｕ字形トラック（５）が形成されている。第１トラック（５）は、シート材料の自由端表面の実質的に全体に沿って、一定の幅でもって延在している。その後、第２の狭幅のＵ字形トラック（６）が、第１Ｕ字形トラック（５）の中央部分に切削形成されている。第２トラック（６）も、また、シート材料の自由端表面の実質的に全体に沿って、一定の幅でもって延在している。第１Ｕ字形トラック（５）と第２Ｕ字形トラック（６）とが合わさって、制御棒ブレード（２）の自由エッジにおいて、凹所（７）が形成されている。この凹所（７）は、適切な壁厚さを有した脚（８）によって、横方向が規定されている。凹所（７）の形成前あるいは形成後において、円形横断面を有した多数の直線状チャネル（３）が、制御棒ブレード（２）内に穿孔される。したがって、複数のチャネル（３）は、制御棒ブレード（２）の自由エッジと、制御棒ブレード（２）どうしが遭遇している中央部分と、の間にわたって延在している。チャネル（３）の直径は、第１Ｕ字形トラック（５）の幅よりも小さくかつ第２Ｕ字形トラック（６）の幅よりも大きいものとされている。このため、中央に配置されている第２Ｕ字形トラック（６）は、凹所（７）内において隣接チャネル（３）の出口どうしの間に形成された各表面領域（９）のみにおいて延在している。図２は、６個の穿孔チャネル（３）の各出口を示している。下側に図示された３つのチャネル（３）には、この例においては、中実吸収性ロッド（１０）の形態とされた吸収性材料が設置されている。吸収性ロッド（１０）は、有利には、炭化ホウ素（ボロンカーバイド）から形成される。吸収性ロッド（１０）は、チャネル（３）よりも小さな直径を有している。そのため、吸収性ロッド（１０）は、動作時に放射を受けた際には、径方向に膨張することができる。図示はされていないものの、スプリングが、各チャネル（３）の最奥部分に、配置されている。これにより、吸収性ロッド（１０）は、チャネルの出口へと向かう向きにおいて、押込可能な突出付勢力を有しつつ、保持される。
吸収性ロッド（１０）は、スプリングの作用に抗して、チャネル（３）内において軸方向に膨張することができる。吸収性ロッド（１０）は、端面のところにおいて厚さが減少するような、面取部（１１）を有している。吸収性ロッド（１０）の端面も、また、放射を受けることにより、吸収性ロッドは、端面のところにおいて、最大の放射線量を受ける。そのような面取部（１１）により、端面のところにおいて径方向延出が発生することがなく、周囲に存在するチャネル壁に対して吸収性ロッド（１０）が当接することを確実に防止することができる。

図２には、さらに、カバー部材（４）が示されている。カバー部材（４）は、制御棒ブレード（２）の外面が平坦面となるようにして、凹所（７）をシールし得るよう構成されている。カバー部材（４）は、凹所（７）の長さに対応した長さを有しているとともに、カバー部（１２）を備えている。カバー部（１２）は、第１Ｕ字形トラック（５）の幅に対応した幅を有している。カバー部（１２）の上面は、取付状態においては、制御棒ブレードの端面を実質的に形成し得るようにして配置される。カバー部材（４）の支持部（１３）は、図２においては、破線で示されている。支持部（１３）は、カバー部材（４）の長さ全体に沿って、連続的に延在している。支持部（１３）の幅は、第２Ｕ字形トラック（６）の幅に対応している。

図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図を示している。図３においては、第１Ｕ字形トラック（５）およびその構成や、第２Ｕ字形トラック（６）の深さが、図２よりも詳細に示されている。カバー部材（４）は、実質的にＴ字形をなす横断面形状を有している。カバー部材（４）のカバー部（１２）は、上側に位置した実質的に矩形横断面をなす領域を備えており、その矩形横断面領域の壁厚さは、特定圧力の核分裂ガスを封入し得るような寸法とされ、さらに、その矩形横断面領域の幅は、凹所（７）の開口幅に実質的に対応している。カバー部材（４）の支持部（１３）は、下側に位置した実質的に矩形横断面をなす領域を備えており、第２Ｕ字形トラック（６）の幅に対応した幅を有している。支持部（１３）は、カバー部（１２）の上面が脚（８）の端面と同じ高さ位置とされたときに、平面をなす底部接触表面（１４）が第２Ｕ字形トラック（６）の平面状対応底面（１５）に対して当接し得るような、高さを有している。端部に面取部（１１）を有した吸収性ロッド（１０）は、チャネル（３）内に配置される。

図４は、カバー部（４）が取り付けられた状態での、制御棒ブレード（２）の端部を断面図でもって示している。支持部（１３）が、凹所（７）の幅よりも狭い幅を有していることにより、支持部（１３）の両サイドに、凹所（７）に沿って延在する通路（１６）が形成されている。通路（１６）は、複数のチャネル（３）の出口どうしを互いに連通させており、これにより、動作時には、チャネル（３）どうしの間にわたっての核分裂ガスの流通を可能としている。そのため、動作時に核分裂ガスによって生成された過圧を、すべてのチャネル（３）にわたって実質的に一様に分散させることができ、制御棒ブレード（２）の空間（７）へと案内することができる。

よって、第２Ｕ字形トラック（６）は、支持部（１３）の幅に実質的に対応した幅を有している。これにより、カバー部材（４）は、係合時には、凹所（７）において安定的に位置決めされる。よって、カバー部（１２）のエッジと凹所（７）の脚（８）との間において、カバー部材（４）の両サイド上のところに、狭くかつ一様なスリットが形成される。それらスリットは、脚（８）の内表面に対しての、カバー部（１２）のエッジの溶接操作時に、通路（１６）への保護ガスの分散を可能とする。この例においては、カバー部材（４）は、２つの長手方向溶接ジョイント（１７）によって、凹所（７）内に取り付けられる。有利には、そのような溶接ジョイント（１７）は、ＴＩＧバーナーを使用して形成することができる。その結果、Ｔ字形カバー部材（４）は、支持部（１３）の両サイドにおいて、通路（１６）を形成する。通路（１６）は、動作時における上記圧力均衡化機能に加えて、溶接操作時には、溶接ジョイントの根元サイドに不活性ガスを分散させるという機能を可能としている。不活性ガスのそのような供給により、溶接ジョイント（１７）を高品質なものとすることを保証する。

本発明は、添付図面に図示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において自由に変形することができる。凹所は、２つのＵ字形トラックから構成される必然性はなく、機能的である限りにおいては実質的に任意の形状とすることができる。

沸騰水型原子炉のための制御棒を概略的に示す斜視図である。 本発明による制御棒ブレードのエッジ部と、カバー部材と、を示す図である。 図２におけるＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。 カバー部材が取り付けられた状態でもって、制御棒ブレードのエッジ部を示す断面図である。

符号の説明

２ 制御棒ブレード
３ チャネル
４ カバー部材
６ 第２Ｕ字形トラック（グルーブ）
７ 凹所
９ 領域
１０ 中実吸収性ロッド（中実吸収性ボディ、吸収性材料）
１２ カバー部
１３ 支持部
１４ 平面をなす底部接触表面（接触面）
１５ 底面
１６ 通路
１７ 溶接ジョイント

Claims (8)

1. 沸騰水型原子炉のための制御棒ブレードであって、
   凹所（７）を有している自由エッジ部分を具備し、
   前記凹所が、開口と、底面（１５）と、を備え、
   吸収性材料（１０）を受領し得るよう形成された複数のチャネル（３）の各出口が、前記凹所（７）上において、列状に配置され、
   さらに、前記エッジ部分の少なくとも一部に沿って取り付けられ得るよう構成されたカバー部材（４）を具備し、
   このカバー部材（４）が、前記凹所（７）の前記開口をシールし得るよう構成されたカバー部（１２）と、取付状態において前記凹所（７）の壁表面に対して当接し得るよう構成された支持部（１３）と、を備え、これにより、前記凹所（７）内において前記複数のチャネル（３）の各出口どうしの間にわたる少なくとも１つの通路（１６）が、形成されるようになっており、
   このような制御棒ブレード（２）において、
   前記支持部（１３）が、前記凹所（７）の幅よりも狭い幅を有しているとともに、前記凹所（７）内の底面（１５）に対して当接し得るよう構成された接触面（１４）を有し、
   前記支持部（１３）が、前記チャネル（３）の前記出口の幅よりも狭い幅を有し、
   前記カバー部材（４）が、実質的にＴ字形状をなす横断面形状を有し、
   前記凹所の前記底面（１５）が、平面状のものとされ、
   前記支持部（１３）の前記接触面（１４）が、前記平面状をなす対応底面（１５）に対して当接し得るよう構成された実質的に平面状のものとされていることを特徴とする制御棒ブレード。
2. 請求項１記載の制御棒ブレードにおいて、
   前記支持部（１３）が、前記カバー部材（４）の長さ全体に沿って連続的に延在していることを特徴とする制御棒ブレード。
3. 請求項１または２記載の制御棒ブレードにおいて、
   前記底面（１５）が、前記複数のチャネル（３）の隣接出口どうしの間に位置した領域（９）においては、溝（６）として形成されていることを特徴とする制御棒ブレード。
4. 請求項３記載の制御棒ブレードにおいて、
   前記溝（６）が、前記支持部（１３）の幅に実質的に対応した幅を有していることを特徴とする制御棒ブレード。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御棒ブレードにおいて、
   前記カバー部材（４）が、２つの長手方向溶接ジョイント（１７）によって、前記エッジ部分に対して取り付けられていることを特徴とする制御棒ブレード。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御棒ブレードにおいて、
   前記吸収性材料が、中実吸収性部材（１０）から構成されていることを特徴とする制御棒ブレード。
7. 請求項６記載の制御棒ブレードにおいて、
   前記中実吸収性部材（１０）が、炭化ホウ素を備えていることを特徴とする制御棒ブレード。
8. 沸騰水型原子炉のための制御棒であって、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載された制御棒ブレードを少なくとも１つは具備していることを特徴とする制御棒。

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