JPH01193694A - 原子炉制御棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の炉心に挿入される原子炉制御
棒に関する。

（従来の技術） 従来の中小型沸騰水型原子炉（以下中小型ＢＷＲ）の炉
心は、燃料棒を多数チャンネルボックス内に装填してな
る燃料集合体を格子状に規則正しく配置して構成されて
いる。そして、この燃料棒は被覆管内にペレットを充填
して形成されている。

また、隣接する４体−群の燃料集合体の各群毎に、中性
子吸収体を含む断面略十字状の原子炉制御棒が、４体−
群の燃料集合体の間隙に挿入して配置される。この原子
炉制御棒は、一般に炉心上部から挿入および引抜き自在
となっている。

第４図乃至第７図に従来の原子炉制御棒を示す。

第４図に示すように、原子炉制御棒１は、断面十字状の
結合軸１２の各脚部に半径方向に沿って中性子吸収体１
３を複数本配置し、この結合軸１２および中性子吸収棒
１３をシース５で覆って構成されている。

このうち、結合軸１２は、第５図に示すように各脚部の
長さが短い中央部１２ａと、各脚部の長さが長い両端部
１２ｂ、１２ｃとからなっており、これら両端部１２ｂ
、１２ｃはシース５の上下両端を密閉するよう形成され
ている。

また、第６図に示すように中性子吸収棒１３は細管に例
えばＢ　４　Ｃからなる中性子吸収材の粉末を封入して
なっている。この中性子吸収棒１３は軸方向に複数段に
分かれており、これら各段毎に中性子吸収材の濃度が異
なっている。このため原子炉制御棒１は、全体として軸
方向に沿って中性子吸収能力が、例えば下側に向って中
性子吸収能力が高まるよう変化している。なお、シース
５を第７図に示す。

原子炉出力運転中は、出力分布の調整、炉心の余剰反応
度制御のため、原子炉制御棒１の一部は予め定められた
パターンに従って種々の深さで挿入される。運転の進行
と共に燃料は燃焼し、炉心の反応度は変化するが、この
変化に対しては、通常炉心を冷却する再循環流量を調整
して炉心を定常出力に保つようにしている。

定常出力運転時においては、原子炉制御棒１周辺での出
力低下は大であり、炉心の出力分布は不均一となる。従
って炉心には熱的余裕のある燃料棒と、熱的に限界に近
い燃料棒とが存在することになる。

特に炉心を小型化した場合には、制御棒−本当りの反応
度価値が増加するので、原子炉制御棒１周辺での出力分
布の歪は大きくなる傾向にある。

この場合原子炉制御棒１周辺での燃料の燃焼進行度は遅
くなる。

一般に炉心の燃焼の進行につれて炉心の反応度は変化す
るので、定期的に原子炉制御棒１の挿入深さの変更およ
び配置換えを行なって臨界を維持するようにしている。

進入深さを変更するため原子炉制御棒を引抜くと、引抜
き前に原子炉制御棒に面していた燃料棒の出力が急激に
上昇し、燃料棒のペレットの膨張によってペレットと被
覆管とが接触し、機械的な相互作用（ＰＣＩ）を生じる
。

急激なＰＣＩの発生は燃料棒の健全性を損うので避けな
ければならない。

中小型ＢＷＲでは、前述のように、原子炉制御棒１の反
応度価値が大きくなるので、原子炉制御棒１引抜操作時
の原子炉制御棒１周辺の出力上昇は大きなものとなる。

この時生ずる急激なＰＣＩ発生を防止するために、原子
炉制御棒１引抜時に一度原子炉出力を低下させる必要が
生じる。

この対策として、原子炉制御棒１の反応度価値を低下さ
せておくことにより、原子炉制御棒周辺での出力分布の
歪を減少させ、炉心出力を定格レベルに保ちつつ運転を
行うことも考えられる。

しかし、このように原子炉制御棒１の反応度価値を低下
させておくと、停止時において原子炉制御棒の一本が万
一挿入されない場合に原子炉が未臨界状態に保たれない
という問題がある。

このような場合、第４図乃至第７図に示すように、軸方
向に中性子吸収能力を変化させた原子炉制御棒１を用い
ると、原子炉制御棒周辺での出力分布の歪、とりわけ軸
方向の歪を減少させ、炉心出力の安定化を図ることがで
きる。

すなわち、ボイド率の低い軸方向下側の中性子吸収能力
を高めておくことによって、炉心出力の安定化を図るこ
とができる。

（発明が解決しようとする課題） 前述のように、原子炉制御棒１の中性子吸収能力を全体
として軸方向に変化させ、原子炉制御棒１周辺での出力
分布の歪を減少させたものが考えられている。このため
、軸方向に関して中性子吸収能力が一定の原子炉制御棒
１に比較して、出力分布の安定化を図ることができる。

しかしながら、炉心の出力分布の歪は原子炉制御棒１の
半径方向にも存在する。すなわち原子炉制御棒１の半径
方向外側に向って炉心出力が大きくなるが、従来の原子
炉制御棒１ではこの半径方向の出力分の歪に十分対応す
ることができない。

また、従来の原子炉制御棒１は、結合軸１２の両端部１
２ｂ、１２ｃがシース３の上下両端を密閉する構成とな
っているため、内部に収納した中性子吸収棒１３を交換
することができない。しかし燃料の高燃焼化、炉心設計
および運転計画の変更等によって出力分布が変化する場
合、中性子吸収挿１３を交換させて中性子吸収能力を変
更させた方が都合良い場合がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
炉心内の半径方向の出力分布の歪に十分対応することが
できるとともに、中性子吸収能力を容易に変更すること
ができる原子炉制御棒を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、結合軸の側方に半径方向に沿って中性子吸収
体を配置し、この結合軸および中性子吸収体をシースで
覆ってなる断面略十字状の原子炉制御棒であって、前記
中性子吸収体は半径方向に沿って分割配置された複数の
中性子吸収板からなり、各中性子吸収板の中性子吸収能
力は半径方向外側に向って吸収能力が高まるよう変化し
、前記各中性子吸収板は、その上部を前記シースの上端
から突出させていることを特徴とする原子炉制御棒であ
る。

（作　用） 各中性子吸収板の中性子吸収能力は、半径方向外側に向
って吸収能力が高まるよう変化しているので、原子炉制
御棒の半径方向に生ずる出力分布の歪を適切に防止する
ことができる。

また、中性子吸収板を交換する場合は、シースの上端か
ら突出する中性子吸収板を中性子吸収板交換具によって
取出し交換する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図乃至第３ａ図および第３ｂ図は本発明による原子
炉制御棒の一実施例を示す図である。第１図は原子炉制
御棒を軸線に垂直な方向で切断した斜視図である。第１
図に示すように、原子炉制御棒１は、断面十字状の結合
軸２の各脚部に半径方向に沿って内部中性子吸収板３お
よび外部中性子吸収板４を順次配置し、この結合軸２お
よび中性子吸収板４，５をシース５で覆って構成されて
いる。

このうち結合軸２は、第２図に示すように断面略十字状
となっており、各脚部の長さが短い中央部２ａと、各脚
部の長さが長い下端部２ｂとからなっている。ここで第
２図は結合軸２を軸線に垂直な方向で切断した斜視図で
ある。また、下端部２ｂはシース５の下端を密閉するよ
うな形状となっている。

また第３ａ図および第３ｂ図に示すように、内部中性子
吸収板３と外部中性子吸収板４は、内部に例えば８４Ｃ
からなる中性子吸収材の粉末を封したものである。これ
ら中性子吸収板３．４はそれぞれ軸方向に沿って複数段
に分割され、これらの各段毎に中性子吸収材の濃度が異
なっている。

このため、これら中性子吸収板３．４は軸方向に沿って
中性子吸収能力が、下側に向って中性子吸収能力が高ま
るよう変化している。さらに、内部中性子吸収板３と外
部中性子吸収板４の相互間は、軸方向の同一位置に関し
て中性子吸収材の濃度を変化させ、外部中性子吸収板４
の中性子吸収能力を内部中性子吸収板３より高めている
。

従って原子炉制御棒１は全体として軸方向および半径方
向の両方向に関して中性子吸収能力が変化している。

すなわち軸方向に関しては下側に向って中性子吸収能力
を高め、半径方向に関しては外側に向って中性子吸収能
力を高めている。

内部中性子吸収板３と外部中性子吸収板４は、いずれも
その上部をシース５の上端から上方へ突出させている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

原子炉出力運転中は、出力分布の調整、炉心の余剰反応
度抑制のため、複数の原子炉制御棒１のうち一部は予め
定められたパターンに従って種々の深さで挿入される。

炉心の燃焼の進行につれて炉心の反応度は変化するので
、定期的に原子炉制御棒１の挿入深さの変更および配置
換を行なって臨界を維持するようにしている。

原子炉制御棒１の引抜操作時、制御棒１周辺の出力上昇
は大きなものとなり、原子炉制御棒１周辺での出力分布
に歪が生じる場合がある。この出力分布の歪は軸方向に
関してはボイド率の低い下側で出力が高くなり、半径方
向に関しては原子炉制御棒１の外側に向って出力が高く
なる。

このような場合、原子炉制御棒１の軸方向および半径方
向の中性子吸収能力を予めこの出力分布の歪に対応させ
るよう変化させておくことによって、炉心出力の安定化
を図ることができる。

すなわち原子炉制御棒１の軸方向下側および半径方向外
側に向って中性子吸収能力を高めることによって、炉心
出力の安定化を図ることができる。

また、炉心設計および運転計画の変更等によって炉心出
力分布を変化させるため、原子炉制御棒１の中性子吸収
能力を変更させる場合は、次のようにして所定の中性子
吸収能力を有する中性子吸収板３，４と交換する。

すなわちまず、原子炉制御棒１を制御棒駆動装置（図示
せず）から取外す。続いて中性子吸収板交換具（図示せ
ず）によって、シース５の上方から使用済中性子吸収板
３，４を取出し、続いて所定の中性子吸収能力を有する
新たな中性子吸収板３．４を挿入しておく。

このように本実施例によれば、原子炉制御棒１の中性子
吸収能力を軸方向下側に向って高めるとともに、半径方
向外側に向って高めたことにより、炉心出力の安定化を
図ることができる。また、シース５の上方から使用済中
性子吸収板３．４を交換することにより、原子炉制御棒
１の中性子吸収能力を容易かつ簡単に変更することがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉制御棒の中性子吸収体の中性子
吸収能力を半径方向外側に向って高まるよう変化させて
いるので、炉心の出力分布の歪に対して適切に対処する
ことができる。このため炉心運転の安定性および効率的
な運転を行なうことができる。また、中性子吸収板を容
易に交換することができるので、中性子吸収能力の変更
も容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による原子炉制御棒の一実施例を示す図
であり、軸線に垂直な方向で切断した斜視図、第２図は
本発明の結合軸を軸線に垂直な方向で切断した斜視図、
第３ａ図は本発明の外部中性子吸収板を示す斜視図、第
３ｂ図は本発明の内部中性子吸収板を示す斜視図、第４
図は従来の原子炉制御棒を軸線に垂直な方向で切断した
斜視図、第５図は従来の結合軸を軸線に垂直な方向で切
断した斜視図、第６図は従来の中性子吸収棒を示す斜視
図、第７図は従来のシースを示す斜視図である。 １・・・原子炉制御棒、２・・・結合軸、３・・・内部
中性子吸収板、４・・・外部中性子吸収板、５・・・シ
ース。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 弗　１　図 早　ａ（図 午４図　　　　　乎５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 結合軸の側方に半径方向に沿って中性子吸収体を配置し
   、この結合軸および中性子吸収体をシースで覆ってなる
   断面略十字状の原子炉制御棒において、前記中性子吸収
   体は半径方向に沿って分割配置された複数の中性子吸収
   板からなり、各中性子吸収板の中性子吸収能力は半径方
   向外側に向って吸収能力が高まるよう変化し、前記各中
   性子吸収板はその上部を前記シースの上端から突出させ
   ていることを特徴とする原子炉制御棒。