JPH01287499A - Control rod for nuclear reactor - Google Patents

Control rod for nuclear reactor

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JPH01287499A
JPH01287499A JP63117011A JP11701188A JPH01287499A JP H01287499 A JPH01287499 A JP H01287499A JP 63117011 A JP63117011 A JP 63117011A JP 11701188 A JP11701188 A JP 11701188A JP H01287499 A JPH01287499 A JP H01287499A
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JP
Japan
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sheath
neutron
control rod
wing
hafnium metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP63117011A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Shima
誠之 嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH01287499A publication Critical patent/JPH01287499A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent corrosion by disposing hafnium metallic plates opposite to each other via the spacers maintained therebetween by spot spacers and disposing such metallic plates opposite to the inside surface of a sheath via the spacings therebetween maintained by ring spacers. CONSTITUTION:Each of neutron absorbing elements 17a to 17d loaded into the sheath 15 is formed of split pieces 21a split in the transverse direction of a wing 16 which are supported by the plural spot spacers 22 having a cruciform section and two opposite leg pieces penetrated through the sheath 15 to form a set of the opposite hafnium metallic plates 21, 21 having the complementary shape of the inside surface of the side wall of the sheath 15. The ring spacers 22a are mounted to the above-mentioned leg pieces penetrating the sheath 15 and the respective hafnium metallic plates 21 are supported afloat from the inside surface of the sheath 15. The spot spacers 22 and the ring spacers 22a are thereby prevented from coming into contact with the hafnium metallic plates 21 or the sheath 15 over the entire surface. The corrosion thereof is thus prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は原子炉の炉出力を調節、制御する原子炉用制御
棒に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a control rod for a nuclear reactor that adjusts and controls the reactor power of a nuclear reactor.

(従来の技術) 原子炉用制御棒は、十字状断面の中央タイロッドの各突
出脚に深いU字状断面のシースを取り付けて形成した4
箇のウィング内に多数の中性子吸収棒を装填して構成さ
れている。中性子吸収棒はSUS製被覆被覆管内ロンカ
ーバイド(84C) 粉末を充填して構成されている。
(Prior art) A control rod for a nuclear reactor is formed by attaching a sheath with a deep U-shaped cross section to each protruding leg of a central tie rod with a cross-shaped cross section.
It consists of a large number of neutron absorption rods loaded into each wing. The neutron absorption rod is constructed by filling a SUS cladding tube with roncarbide (84C) powder.

前記被覆管内には粉末移動防止用の仕切縁が一定間隔で
配置されている。
Partition edges for preventing powder movement are arranged at regular intervals within the cladding tube.

中性子吸収棒内に充填されたB、C粉末は中性子を吸収
して中性子吸収能力が次第に低下するとともに、その間
にボロン−10(”B)が中性子と反応してHaガスを
発生させ、被覆管内の圧力を上昇させる。上記の中性子
吸収能力によって定められる寿命を核的寿命と言い、被
覆管内のガス圧によって定められる寿命を機械的寿命と
言っている。
The B and C powders filled in the neutron absorption rod absorb neutrons and their neutron absorption capacity gradually decreases. During this time, boron-10 ("B) reacts with the neutrons to generate Ha gas, and the inside of the cladding tube is The life determined by the above-mentioned neutron absorption capacity is called the nuclear life, and the life determined by the gas pressure in the cladding tube is called the mechanical life.

ところで、原子炉の炉心に対して挿抜される制御棒は中
性子の照射を一様に受けるものではなく。
By the way, control rods that are inserted into and removed from the core of a nuclear reactor are not uniformly irradiated with neutrons.

例えば各ウィングの側縁や上端部は強い中性子照射を受
ける。このため、制御棒の側縁部や上端部近傍にある中
性子吸収体は多量の中性子を吸収し。
For example, the side edges and upper end of each wing are exposed to intense neutron irradiation. For this reason, the neutron absorbers near the side edges and top ends of the control rods absorb a large amount of neutrons.

他部の吸収体よりも早期に核的寿命に達する。従って、
他部の中性子吸収体は十分核的寿命を残存させているに
も拘らず、制御棒を放射性廃棄物として廃棄しなければ
ならなかった。このように使用可能な部分があるにも拘
らず、放射性廃棄物として処分することは不経済である
だけでなく、放射性廃棄物の量を徒に増大させ好ましく
ない。
It reaches its nuclear lifetime earlier than other absorbers. Therefore,
The control rods had to be disposed of as radioactive waste, even though the rest of the neutron absorbers had sufficient nuclear lifetime remaining. Although there are usable parts in this way, disposing of radioactive waste as radioactive waste is not only uneconomical but also undesirable as it unnecessarily increases the amount of radioactive waste.

上記の開運を解決するため制御棒の強い中性子照射を受
ける部分に、核的寿命の長い長寿命型の中性子吸収材を
配置した原子炉用制御棒が開発されている(特開昭53
−74697号)。
In order to solve the above problem, a nuclear reactor control rod has been developed in which a long-life neutron absorbing material with a long nuclear life is placed in the part of the control rod that is exposed to strong neutron irradiation (Japanese Patent Laid-Open No. 53
-74697).

ところが、この形式の原子炉用制御棒にあってはその寿
命は通常型の2倍程度に延長されるに過ぎず、原子炉用
制御棒の長寿命化を図る上で必ずしも十分ではなかった
However, the life of this type of nuclear reactor control rod is only about twice as long as that of a conventional type, which is not necessarily sufficient to extend the life of a nuclear reactor control rod.

特開昭53−74967号開示の原子炉用制御棒の前記
の問題を解決するものとして、さらに長寿命を示し得る
特開昭58−55887号開示の原子炉用制御棒が開発
された。この原子炉用制御棒は、制御棒各ウィング内に
長寿命型中性子吸収材からなる中実の中性子吸収板を装
填してなるものである。この中性子吸収板は炉停止余裕
の軸方向分布の小さい部位では小量の板材削りを行い、
逆にそれが大きい部位では多量の板材削り取りとなるよ
う透孔または凹陥部を、その大きさや分布を考慮して設
けている。
In order to solve the above-mentioned problems of the nuclear reactor control rod disclosed in JP-A-53-74967, a nuclear reactor control rod disclosed in JP-A-58-55887 was developed which can exhibit an even longer life. This control rod for a nuclear reactor has a solid neutron absorbing plate made of a long-life neutron absorbing material loaded in each wing of the control rod. For this neutron absorption plate, a small amount of plate material is removed in areas where the axial distribution of reactor shutdown margin is small.
On the other hand, in areas where the holes are large, through holes or recesses are provided, taking into account their size and distribution, so that a large amount of plate material is removed.

(発明が解決しようとする課題) ところが、特開昭53−74967号開示の原子炉用制
御棒に使用されている中性子吸収材は、高価で比重の大
きな板状ハフニウム(llf)金属であるため、制御棒
が高価で非常に重量の大きいものとなる欠点があった。
(Problem to be Solved by the Invention) However, the neutron absorbing material used in the control rod for a nuclear reactor disclosed in JP-A-53-74967 is plate-shaped hafnium (llf) metal, which is expensive and has a large specific gravity. However, the control rods were expensive and very heavy.

重量が大きくなると、この制御棒を取り扱う制御棒駆動
機構は耐重量的な設計変更が必要となり。
As the weight increases, the control rod drive mechanism that handles the control rods needs to be redesigned in order to withstand more weight.

従来の制御棒駆動機構をそのまま使用することはできな
かった。
It was not possible to use the conventional control rod drive mechanism as is.

また、ハフニウム金属板を制御棒の中性子吸収材として
使用する場合に、ハフニウム金属板と制御棒の構造材で
あるステンレス鋼とが大きな面積で接触することになり
易く、その結果大きな面積で幅の狭い間隙が形成される
おそれがあり、耐食性の点から好ましくない。
In addition, when using a hafnium metal plate as a neutron absorbing material for a control rod, the hafnium metal plate and the stainless steel that is the structural material of the control rod tend to come into contact over a large area, and as a result, the width of the hafnium metal plate tends to increase over a large area. There is a possibility that a narrow gap may be formed, which is unfavorable from the viewpoint of corrosion resistance.

本出願人は上記の問題を解決するものとして、さらに新
規な長寿命型原子炉用制御棒を開示した。
The present applicant has disclosed a new long-life nuclear reactor control rod to solve the above problem.

この制御棒は中性子吸収体をウィング軸方向、幅方向に
分割して各分割区分のハフニウム金属板の厚さを各区分
における中性子照射量に応じて定めたもので、これによ
り制御棒全体にわたり中性子吸収体の核的寿命を均一化
している。
This control rod has a neutron absorber divided in the wing axis direction and width direction, and the thickness of the hafnium metal plate in each division is determined according to the neutron irradiation amount in each division. The core life of the absorber is made uniform.

ところが、上記開示の制御棒では中性子吸収要素はウィ
ング幅方向に複数筒に分割して構成され、各分割区分の
ハフニウム金属板は、それ等をシー入内面から浮かせて
支持する溝と、対向するハフニウム金属板間の間隔を保
持する突起とを備えたスペーサにより支持され、2枚の
ハフニウム金属板間の空間およびハフニウム金属板とシ
ース内面間には減速材流路が形成されている。而して、
各分割区分のハフニウム金属板の厚さはその区分の中性
子照射量分布に応じて設定する。つまり、ウィングの側
縁近傍にあるハフニウム金属板の厚さを他部にあるそれ
の厚さよりも大とすればよい。
However, in the control rod disclosed above, the neutron absorbing element is divided into a plurality of cylinders in the wing width direction, and the hafnium metal plate of each divided section faces a groove that supports the hafnium metal plates by floating them from the inner surface of the seat. The spacer is supported by a spacer having a projection that maintains the distance between the hafnium metal plates, and a moderator flow path is formed in the space between the two hafnium metal plates and between the hafnium metal plates and the inner surface of the sheath. Then,
The thickness of the hafnium metal plate in each divided section is set according to the neutron irradiation dose distribution of that section. That is, the thickness of the hafnium metal plate near the side edge of the wing may be made larger than the thickness of the hafnium metal plate in other parts.

なお、この制御棒においてはハフニウム金属板はシース
の内面から浮かして支持され、それ等が大きな面積で直
接に接触することはないから、腐食等の問題を生じるこ
とはない。
In this control rod, the hafnium metal plate is supported floating from the inner surface of the sheath, and since they do not come into direct contact over a large area, problems such as corrosion will not occur.

ところが、前記溝、突起付のスペーサがハフニウム金属
板を確実に支持するとは限らず、ハフニウム金属板がシ
ース内面と接触するおそれがあった。
However, the spacer with the grooves and projections does not necessarily support the hafnium metal plate reliably, and there is a risk that the hafnium metal plate may come into contact with the inner surface of the sheath.

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、ハフニウ
ム金属板とシース内面とが接触する畏れがなく、シかも
比較的軽量且つ安価で従来の制御棒駆動機構をそのまま
使用することができる原子炉用制御棒を提供することを
目的としている。
The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and is a nuclear reactor that is relatively lightweight and inexpensive, without fear of contact between the hafnium metal plate and the inner surface of the sheath, and in which a conventional control rod drive mechanism can be used as is. The purpose is to provide control rods for

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明の原子炉用制御棒は、先端構造材および末端構造
材を連結する断面十字状の中央タイロッドと、この中央
タイロッドの各突出脚に深いU字状のシースをその開口
部において取り付けて構成したウィングと、各ウィング
内に装填した長寿命型中性子吸収体とを有し、前記長寿
命型中性子吸収体を制御棒軸方向およびウィング幅方向
に複数の区分に分割し、各区分内の中性子吸収要素の中
性子吸収特性をその区分における中性子照射量に応じて
定めたものにおいて、前記各区分の中性子吸収要素を構
成する対向するハフニウム金属板を、十字状断面で対向
する脚片を前記シースに貫通させたスポットスペーサに
より間隔を保持させ、それ等ハフニウム金属板と前記シ
ース内面とは前記脚片に装着したリングスペーサにより
離間し、スポットスペーサおよびリングスペーサには十
分な溝を導入することにより、スポットスペーサとハフ
ニウム金属板、リングスペーサと、シース、リングスペ
ーサとハフニウム金属板の間にも十分な間隔を保持させ
ていることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The nuclear reactor control rod of the present invention includes a central tie rod having a cross-shaped cross section that connects a tip structural member and a terminal structural member, and a deep U-shaped central tie rod on each protruding leg of the central tie rod. It has a wing configured by attaching a sheath at its opening, and a long-life neutron absorber loaded in each wing, and the long-life neutron absorber is divided into a plurality of sections in the control rod axis direction and the wing width direction. The neutron absorption characteristics of the neutron absorption elements in each division are determined according to the neutron irradiation amount in that division, and the opposing hafnium metal plates constituting the neutron absorption elements of each division are The hafnium metal plates and the inner surface of the sheath are separated by ring spacers attached to the leg pieces, and the spot spacers and ring spacers By introducing sufficient grooves, a sufficient distance is maintained between the spot spacer and the hafnium metal plate, between the ring spacer and the sheath, and between the ring spacer and the hafnium metal plate.

(作用) 上記構成の本発明原子炉用制御棒においては。(effect) In the control rod for a nuclear reactor of the present invention having the above configuration.

中性子吸収体を構成するハフニウム金属板をスポットス
ペーサにより間隔を保持して対向させ、しかもそれ等の
金属板とシー入内面との間隔をリングスペーサによって
保持させているから、ハフニウム金属板同士の接触また
はハフニウム金属板とシース内面との接触等を生じるこ
とはなく、減速材流路の確保は勿論良好になされ、また
狭い間隙、広い面積でのハフニウム金属板とシース内面
との接触も防止されるのでこれ等両者の腐食を生じるこ
ともない、またスポットスペーサとリングスペーサに十
分な溝を導入しであるため、スポットスペーサやリング
スペーサとシースやハフニウム金属板とが完全な間隙に
なることが防止されるので、スポットスペーサ部および
リングスペーサ部で、これ等とシースの腐食を生じるこ
ともない。
The hafnium metal plates that make up the neutron absorber are opposed to each other with a distance maintained by spot spacers, and the distance between these metal plates and the inner surface of the sheet is maintained by a ring spacer, so that contact between the hafnium metal plates is prevented. Or, contact between the hafnium metal plate and the inner surface of the sheath does not occur, and the moderator flow path is of course well secured, and contact between the hafnium metal plate and the inner surface of the sheath in narrow gaps and large areas is also prevented. Therefore, corrosion of both does not occur. Also, by introducing sufficient grooves into the spot spacer and ring spacer, it is possible to prevent a complete gap between the spot spacer or ring spacer and the sheath or hafnium metal plate. Therefore, corrosion of the spot spacer portion and the ring spacer portion and the sheath will not occur.

さらに、制御棒をその軸方向、幅方向に分割し各分割区
分毎に中性子照射量に対応する中性子吸収特性の中性子
吸収要素を装填しであるから、各区分の中性子吸収要素
はほぼ同時にその核的寿命に到達し、核的寿命の残存す
る制御棒を廃棄物として処理する無駄を生じることがな
い。
Furthermore, the control rod is divided into its axial and width directions, and each division is loaded with neutron absorption elements with neutron absorption properties corresponding to the amount of neutron irradiation. There is no waste in disposing of control rods that have reached the end of their nuclear life and have remaining nuclear life.

(実施例) 第1図は本発明一実施例全体を示す斜視図、第2図はそ
の内部に配置された中性子吸収体の配置図である。第1
図において、原子炉用制御棒10はハンドル11を備え
た先端構造材12と、末端構造材13と、前記両種造材
を一体的に結合した横断面十字状の中央タイロッド14
とを有する。中央タイロッド14の各突出脚には、深い
U字状断面の高純度ステンレス鋼製のシース15がその
関口部において固着され、4箇のウィング16が形成さ
れている。
(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing an entire embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a layout diagram of a neutron absorber arranged inside the same. 1st
In the figure, a control rod 10 for a nuclear reactor includes a tip structure member 12 provided with a handle 11, an end structure member 13, and a central tie rod 14 having a cross-shaped cross section in which both types of materials are integrally connected.
and has. A sheath 15 made of high-purity stainless steel and having a deep U-shaped cross section is fixed to each protruding leg of the central tie rod 14 at the mouth thereof, and four wings 16 are formed.

上記のシース15内にはハフニウム(Hf)金属板から
なる長寿命型中性子吸収体17が挿入されている。
A long-life neutron absorber 17 made of a hafnium (Hf) metal plate is inserted into the sheath 15.

中性子吸収体17は第2図の左半に示すように、中央タ
イロッド14の軸方向に複数筒の中性子吸収要素17a
”17dに分割されている。なお、第2図の左半は中性
子吸収要素が装填されていない状態を示す、中性子吸収
要素の中、最下端にある17dを除いた17a”17c
は、中央タイロッド14の各突出脚に適宜間隔をおいて
設置した中性子吸収要素支持片18に支持され、中性子
吸収要素17a〜17cはその軸方向移動を防止されて
いる。上記の各中性子吸収要素支持片1δはそれぞれ中
央タイロッド14に必要な間隔をおいて突設されている
。なお、最下段の中性子吸収要素17dは末端構造材1
3に支持されている。前記各段の中性子吸収要素17a
〜17dは。
As shown in the left half of FIG.
The left half of Figure 2 shows the state in which the neutron absorption element is not loaded.
are supported by neutron absorbing element support pieces 18 installed at appropriate intervals on each protruding leg of the central tie rod 14, and the neutron absorbing elements 17a to 17c are prevented from moving in the axial direction. Each of the above-mentioned neutron absorbing element support pieces 1δ is provided protruding from the central tie rod 14 at necessary intervals. Note that the lowest neutron absorbing element 17d is the terminal structural member 1.
It is supported by 3. Neutron absorption elements 17a at each stage
~17d is.

上段から下段に向けて中性子吸収特性が順に低下するよ
うにされている。具体的に言えば、上部から中性子吸収
要素17a〜17dの肉厚を段階的に小さくしである。
The neutron absorption characteristics are made to decrease in order from the top to the bottom. Specifically, the thickness of the neutron absorption elements 17a to 17d is gradually reduced from the top.

この結果、制御棒の反応度効果すなわち中性子吸収特性
が第3図に示すように制御棒上端から下端に向け0段階
的に低下させられることとなる。
As a result, the reactivity effect of the control rod, that is, the neutron absorption characteristic, is reduced in zero steps from the upper end of the control rod to the lower end, as shown in FIG.

また、先端構造材12に隣接する第1段の中性子吸収要
素17aは、その上端から例えば35肩以内の領域を、
制御棒の設計、その使用態様によっては中性子吸収特性
を大きくしてスクラム特性を改善したり、逆に小さくし
て制御棒引抜に伴う炉出力の変動幅を減少させるように
したりすることができる。また、少なくとも前記第1段
の中性子吸収材117aの中央タイロッド14側の側縁
部およびその近傍の部位は、他部よりも中性子吸収特性
を大きくしておく。
Further, the first stage neutron absorption element 17a adjacent to the tip structure member 12 has an area within, for example, 35 shoulders from its upper end.
Depending on the design of the control rod and how it is used, the neutron absorption characteristics can be increased to improve scram characteristics, or conversely, the neutron absorption characteristics can be decreased to reduce the range of fluctuations in reactor power caused by control rod withdrawal. Further, at least the side edge portion of the first stage neutron absorbing material 117a on the side of the central tie rod 14 and the portions near the side edge portion thereof are made to have greater neutron absorption characteristics than other portions.

ところで、長寿命型原子炉用制御棒10においては先端
構造材12は非常に多量の中性子照射を受け。
By the way, in the control rod 10 for a long-life nuclear reactor, the tip structural member 12 receives a very large amount of neutron irradiation.

これによる脆性化のおそれがあるので、先端構造材を高
純度のステンレス鋼により構成し、脆性化の問題を緩和
するようにしている。また、先端構造材12.末端構造
材13およびこの末端構造材に取り付けられたスピード
リミッタ19はできるだけ薄肉として軽量化しておく、
さらに、先端構造材12の下部には補助ハンドルとして
使用される空隙20が設けられている。この空隙を設け
た部位は制御棒の中性子吸収性能上、中性子吸収材を殆
ど必要としない部位であるから、中性子吸収特性を低下
させることなく制御棒の重量を軽減することができる。
Since there is a risk of embrittlement due to this, the tip structure material is made of high-purity stainless steel to alleviate the problem of embrittlement. In addition, the tip structure material 12. The terminal structural member 13 and the speed limiter 19 attached to this terminal structural member are made as thin and lightweight as possible.
Furthermore, a gap 20 is provided in the lower part of the tip structure 12 to be used as an auxiliary handle. Since the region where the void is provided requires almost no neutron absorbing material in view of the neutron absorption performance of the control rod, the weight of the control rod can be reduced without reducing the neutron absorption performance.

一方、空隙20上方部分の高速中性子照射量はハンドル
11上部のそれの175〜1/3程度またはそれ以下で
あることが実験的に確かめられている。従って、高速中
性子照射による空隙20上方部分の脆性化はハンドル1
1のそれの175〜173程度あるいはそれ以下とみて
よく、万一ハンドル11が脆性化した場合には空隙20
がバックアップの補助ハンドルとして有効に作用するこ
とができる。
On the other hand, it has been experimentally confirmed that the amount of fast neutron irradiation in the upper part of the cavity 20 is about 175 to 1/3 of that in the upper part of the handle 11 or less. Therefore, the embrittlement of the upper part of the cavity 20 due to fast neutron irradiation will cause the handle 1 to become brittle.
It can be considered that the gap is about 175 to 173 or less than that of No. 1, and if the handle 11 becomes brittle, the void 20
can effectively function as a backup auxiliary handle.

また、シース15内に装填される中性子吸収要素17a
〜17dは、第4図に中性子吸収要素17aにつき示す
ように、ウィング16の幅方向に分割した分割片21a
を、十字状断面で対向する2つの脚片をシース15に貫
通させた複数のスポットスペーサ22により支持させて
、シース15の側壁内面と相補形状の対向する1組のハ
フニウム金属板21 、21を形成させる。なお、前記
シース15を貫通する脚片にはリングスペーサ22aが
装着され、各ハフニウム金属板21はシース15内面か
ら浮かせて支持させられている。
In addition, a neutron absorbing element 17a loaded in the sheath 15
~17d is a divided piece 21a divided in the width direction of the wing 16, as shown for the neutron absorption element 17a in FIG.
is supported by a plurality of spot spacers 22 whose two leg pieces facing each other in a cross-shaped cross section are passed through the sheath 15, and a pair of opposing hafnium metal plates 21, 21 having a shape complementary to the inner surface of the side wall of the sheath 15 is formed. Let it form. A ring spacer 22a is attached to the leg that passes through the sheath 15, and each hafnium metal plate 21 is supported so as to float from the inner surface of the sheath 15.

スポットスペーサ22は詳細を第5図のとおり。The details of the spot spacer 22 are as shown in FIG.

スポットスペーサ22がハフニウム金属板21と接触し
ても、外部と減速材が連絡するような溝22bが導入さ
れている。
A groove 22b is introduced so that even if the spot spacer 22 comes into contact with the hafnium metal plate 21, the moderator is in communication with the outside.

一方、リングスペーサ22aは、詳細を第6図のとおり
リングスペーサ22aがハフニウム金属板21または、
シース15に接触しても、外部と減速材が連絡するよう
な溝22abが導入されている。
On the other hand, the details of the ring spacer 22a are as shown in FIG.
A groove 22ab is introduced so that the moderator communicates with the outside even when it contacts the sheath 15.

以上から、スポットスペーサ22およびリングスペーサ
22aは、全面にねたリハフニウム金属板21またはシ
ース15に接触することはない。
From the above, the spot spacer 22 and the ring spacer 22a do not come into contact with the rehafnium metal plate 21 or the sheath 15 which is spread over the entire surface.

また、2枚のハフニウム金属板21の側縁先端間は僅か
に離間されている。前記スポットスペーサ22は、中性
子吸収要素17a内に減速材流路となる偏平な空間23
を形成するとともに、中性子吸収要素17aの機械的強
度を向上させている。さらに、ハフニウム金属板21と
シース内面との間には減速材流路となる偏平な空間24
が形成されている。なお、ハフニウム金属板21は0.
5■〜2.0園厚さの薄板とされている。
Furthermore, the tips of the side edges of the two hafnium metal plates 21 are slightly spaced apart. The spot spacer 22 has a flat space 23 that becomes a moderator flow path within the neutron absorption element 17a.
At the same time, the mechanical strength of the neutron absorbing element 17a is improved. Furthermore, there is a flat space 24 between the hafnium metal plate 21 and the inner surface of the sheath, which becomes a moderator flow path.
is formed. Note that the hafnium metal plate 21 has a thickness of 0.
It is said to be a thin plate with a thickness of 5cm to 2.0cm.

第7図は前記実施例の他の位置での横断面を示す図であ
る。この図において、スポットスペーサ22がない位置
にはシース15を貫通して、前記偏平な空間24に連通
ずる減速材流入口25が設けられている。なお、これ等
の減速材流入口25は、原則としてウィング16の両側
のものが対向するように設けられている。而して、減速
材は減速材流入口25から偏平な空間24に入り、ここ
からハフニウム金属板21間の同じく偏平な空間23内
に流れ込んで制御棒ウィング内を流通する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the embodiment at another position. In this figure, a moderator inlet 25 that passes through the sheath 15 and communicates with the flat space 24 is provided at a position where the spot spacer 22 is not present. Note that these moderator inflow ports 25 are provided so that, in principle, those on both sides of the wings 16 face each other. Thus, the moderator enters the flat space 24 from the moderator inlet 25, flows from there into the similarly flat space 23 between the hafnium metal plates 21, and flows within the control rod wing.

以下、原子炉用制御棒の一般的な作用および前記本発明
原子炉用制御棒の作用につき説明する。
Hereinafter, the general operation of a nuclear reactor control rod and the operation of the nuclear reactor control rod of the present invention will be explained.

沸騰水型原子炉において、燃焼がある程度進んだ原子炉
炉心の軸方向核分裂性核種濃度分布は。
In a boiling water reactor, what is the axial fissile nuclide concentration distribution in the reactor core after combustion has progressed to some extent?

第8図に示す曲線Aのようになる。而して1M子炉炉心
の燃焼管理は炉心を軸方向に4等分してなされるのが一
般であり、原子炉用制御棒lOも軸方向に4等分するの
が好都合である。
The result will be a curve A shown in FIG. Generally, the combustion management of a 1M child reactor core is performed by dividing the core into four equal parts in the axial direction, and it is convenient to divide the reactor control rods 10 into four equal parts in the axial direction.

すなわち、第8図の曲線Aは次のようなことを示してい
る。まず、原子炉炉心軸長をLとして、原子炉炉心の下
端(174以下)では燃焼時の燃焼の進行が遅れるため
、核分裂性核種の分布が大きくなっている。さらに、中
央部(2/4L)から上端にかけては1発生するボイド
によって中性子スペクトルの硬化現象が生じ、これによ
りプルトニウム生成反応が促進されるため、多くのボイ
ドが発生して熱中性子束が低下されるので、燃焼遅れが
生じ核分裂性核種の濃度分布が大きくなっている。
That is, curve A in FIG. 8 shows the following. First, assuming that the axial length of the nuclear reactor core is L, the progress of combustion during combustion is delayed at the lower end (174 mm or less) of the reactor core, so the distribution of fissile nuclides is large. Furthermore, from the center (2/4L) to the upper end, a void occurs that hardens the neutron spectrum, and this accelerates the plutonium production reaction, resulting in the generation of many voids and a decrease in thermal neutron flux. This causes a combustion delay and increases the concentration distribution of fissile nuclides.

原子炉炉心に第8図の曲線Aに示す核分裂性核種濃度分
布が存在する場合において、原子炉停止時の中性子増倍
率分布は第9図の曲線Bに示すようになる。中性子増倍
率が大きくなる程原子炉の停止余裕が小さく、未臨界度
が浅くなるものである。第9図の曲線Bにおいて、炉心
上端、下端で中性子増倍率が低下しているのは、中性子
の炉心上下端からの漏洩に基づくものである。
When the nuclear reactor core has a fissile nuclide concentration distribution shown by curve A in FIG. 8, the neutron multiplication factor distribution at the time of reactor shutdown is as shown by curve B in FIG. 9. The larger the neutron multiplication factor, the smaller the reactor shutdown margin and the shallower the subcriticality. In curve B of FIG. 9, the reason why the neutron multiplication factor decreases at the upper and lower ends of the core is due to leakage of neutrons from the upper and lower ends of the core.

第10図の曲mcは本発明の原子炉用制御棒10を使用
した場合の制御棒軸方向の中性子照射量分布を示す、こ
の図から原子炉用制御棒のごく限られた領域(通常先端
から約303程度)で中性子照射量が急激に上昇し、他
の部分では制御棒下端に向は中性子照射量が連続的且つ
滑らかに減少していることがわかる。
The curve mc in Fig. 10 shows the neutron irradiation dose distribution in the control rod axis direction when the reactor control rod 10 of the present invention is used. It can be seen that the neutron irradiation amount increases rapidly from 303 to about 303), and in other parts, the neutron irradiation amount decreases continuously and smoothly toward the lower end of the control rod.

本発明の原子炉用制御棒10は、第9図に示された中性
子増倍率分布、第10図に示された中性子照射量分布に
対応して満足な制御効果が得られるように構成されてい
る。すなわち、JJK子炉用制御制御Oの先端部(1/
牝の長さ、例えば90〜95cm程度)では、中性子増
倍率の上昇(炉停止余裕の低下)や、中性子照射量増大
により炉停止余裕が低下し易いことに対処するため、中
性子吸収要117aを構成するハフニウム金属板21の
厚さを他の中性子吸収要1117b〜17dのそれより
も大きくしである。
The nuclear reactor control rod 10 of the present invention is configured so as to obtain a satisfactory control effect in accordance with the neutron multiplication factor distribution shown in FIG. 9 and the neutron irradiation dose distribution shown in FIG. There is. In other words, the tip part (1/
In order to cope with the fact that the reactor shutdown margin tends to decrease due to an increase in the neutron multiplication factor (reduction in the reactor shutdown margin) and an increase in the neutron irradiation amount, the neutron absorption point 117a is The thickness of the constituting hafnium metal plate 21 is made larger than that of the other neutron absorption elements 1117b to 17d.

なお、中性子吸収要素17b〜17dを構成するハフニ
ウム金属板の厚さも順次小さくなるようにしであること
は前記した通りである。特に、原子炉用制御棒10の下
端(末端構造材13上端)から1/4Lまでの下部領域
の中性子吸収特性は、その上方に隣接する17牝から2
/4の領域より僅かに小さくされている。これは、中性
子照射量が第10図の曲線Cに示すように前記下部領域
(下端から17牝)において隣接する次位の領域(下端
から174〜ら2 /4L)よりかなり小さくなるもの
の、中性子増倍率は第9図の曲線Bに示すように比較的
大きくなることに対処するためである。
As described above, the thickness of the hafnium metal plates constituting the neutron absorbing elements 17b to 17d is also made to gradually decrease. In particular, the neutron absorption characteristics of the lower region from the lower end of the reactor control rod 10 (the upper end of the terminal structural member 13) to 1/4 L are as follows:
/4 area. This means that although the neutron irradiation amount is considerably smaller in the lower region (17 females from the lower end) than in the next adjacent region (174 to 2/4 L from the lower end), as shown in curve C in Figure 10, This is to cope with the fact that the multiplication factor becomes relatively large as shown by curve B in FIG.

第11図の曲線りは原子炉用制御棒のウィング幅方向の
中性子照射量分布を示す、この曲線りから中性子照射量
はウィング16の外側すなわち側線において急激に高く
なり、内側すなわち中央タイロッド14側では僅かに高
くなっていることがわかる。
The curved line in FIG. 11 shows the neutron irradiation dose distribution in the wing width direction of the reactor control rod. From this curved line, the neutron irradiation dose increases rapidly on the outer side of the wing 16, that is, on the side line, and on the inner side, that is, on the central tie rod 14 side. You can see that it is slightly higher.

これに対処するためには第12図に示す曲線Eのように
制御棒の反応度効果のウィング幅方向分布を設定すれば
よい。
In order to deal with this, it is sufficient to set the distribution of the reactivity effect of the control rod in the wing width direction as shown by curve E shown in FIG.

而して、各分割区分のハフニウム金属板21の厚さはそ
の区分の中性子照射量分布に応じて設定する。つまり、
第12図の曲線Eに示した反応度効果を持たせるとすれ
ば、ウィング16の側縁近傍にあるハフニウム金属板2
1の厚さを他部にあるそれの厚さよりも大とすればよい
、なお、この実施例においてはハフニウム金属板21は
シース15の内面から浮かして支持され、それ等が大き
な面積で直接に接触することはないから、腐食等の問題
を生じることはない、また浮かして支持するためのスポ
ットスペーサ22およびリングスペーサ22aには溝2
2bが十分に導入されており、これらスペーサが全面に
ねたリハフニウム金属板21またはシース15と接触せ
ず、これらの部位でも腐食等の問題を生じることはない
Thus, the thickness of the hafnium metal plate 21 in each divided section is set according to the neutron irradiation dose distribution in that section. In other words,
If the reactivity effect shown in curve E in FIG.
In this embodiment, the hafnium metal plate 21 is supported floating from the inner surface of the sheath 15, so that the hafnium metal plate 21 can be directly attached to a large area. Since they do not come into contact with each other, problems such as corrosion will not occur.Furthermore, there are grooves 2 in the spot spacer 22 and ring spacer 22a for floating support.
2b is sufficiently introduced, these spacers do not come into contact with the rehafnium metal plate 21 or the sheath 15 which are spread over the entire surface, and problems such as corrosion do not occur in these parts as well.

中性子吸収体を制御棒軸方向に複数の中性子吸収要素に
分割し、各中性子吸収要素を構成する中性子吸収材の板
の厚さを、その分割区分における中性子照射量に応じて
定めであるだけでなく、幅方向にも分割して各幅方向分
割区分の板厚を分割区分毎の中性子照射量に応じて定め
であるから。
The neutron absorber is divided into a plurality of neutron absorbing elements in the axial direction of the control rod, and the thickness of the neutron absorbing material plate constituting each neutron absorbing element is determined according to the neutron irradiation amount in that divided division. This is because the board is also divided in the width direction, and the plate thickness of each width direction division section is determined according to the neutron irradiation amount for each division section.

各中性子吸収要素の核的寿命をほぼ等しくすることがで
き、放射性廃棄物の量を徒に増大させるおそれはない。
The nuclear lifetimes of each neutron absorption element can be made approximately equal, and there is no risk of unnecessarily increasing the amount of radioactive waste.

また、上記のように中性子吸収材の板の厚さを定めてい
るので、制御棒の重量を一層軽減することができ、通常
の制御棒用に設計された制御棒駆動機構をそのまま使用
することができる。
In addition, since the thickness of the neutron absorbing material plate is determined as described above, the weight of the control rod can be further reduced, and the control rod drive mechanism designed for normal control rods can be used as is. I can do it.

さらに、中性子吸収要素を構成する2枚の対向した中性
子吸収材の板の間を冷却材流路としであるため、反応度
が向上されている。この面からも中性子吸収材の量を低
減させることができ、制御棒重量の削減が図られる。
Furthermore, since the coolant flow path is between the two opposing neutron absorbing material plates constituting the neutron absorbing element, the reactivity is improved. From this point of view as well, the amount of neutron absorbing material can be reduced, and the weight of the control rod can be reduced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上記から明らかなように本発明の原子炉用制御棒におい
ては、中性子吸収体を構成するハフニウム金属板をスポ
ットスペーサにより間隔を保持して対向させ、しかもそ
れ等の金属板とシース内面との間隔をリングスペーサに
よって保持させているから、ハフニウム金属板同士の接
触またはハフニウム金属板とシース内面との接触等を生
じることなく、減速材流路の確保は勿論良好になされ。
As is clear from the above, in the nuclear reactor control rod of the present invention, the hafnium metal plates constituting the neutron absorber are opposed to each other with a distance maintained by the spot spacer, and the distance between these metal plates and the inner surface of the sheath is Since the hafnium metal plates are held by ring spacers, the moderator flow path can be well secured without causing contact between the hafnium metal plates or between the hafnium metal plates and the inner surface of the sheath.

また狭い間隙、広い面積でのハフニウム金属板とシース
内面との接触も完全に防止されるのでこれ等両者の腐食
を生じることもない。
Further, since contact between the hafnium metal plate and the inner surface of the sheath in a narrow gap or over a wide area is completely prevented, corrosion of both of them will not occur.

更に上記スポットスペーサとリングスペーサは十分な溝
が導入され、溝の中は減速材が外部と連絡しているため
減速材流路となっており、これらスペーサとハフニウム
金属板あるいはシースの部分接触部でも腐食の防止がな
される。
Furthermore, sufficient grooves are introduced into the spot spacer and ring spacer, and the moderator communicates with the outside in the groove, forming a moderator flow path, and the partial contact area between these spacers and the hafnium metal plate or sheath However, corrosion is prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明一実施例の斜視図、第2図は第1図の内
部を模式的に示す正面図、第3図は本発明にかかり軸方
向反応度分布を示す線図、第4図は本発明にかかり第1
図IV−IV線における断面図。 第5図は本発明にかかるスポットスペーサの斜視図、第
6図は本発明にかかるリングスペーサの斜視図、第7図
は本発明にかかり第1図v−■線における断面図、第8
図は本発明にかかる原子炉炉心の炉心軸方向核分裂性核
種濃度分布を示す線図、第9図は本発明にかかる炉心軸
方向中性子増倍率分布を示す線図、第10図は本発明に
かかる炉心軸方向中性子照射量分布を示す線図、第11
図は本発明にかかる制御棒ウィング幅方向中性子照射量
分布を示す線図、第12図は本発明にかかるウィング幅
方向中性子照射量分布に対処するために必要なウィング
の幅方向反応度分布を示す線図である。 10・・・原子炉用制御棒  11・・・ハンドル12
・・・先端構造材  13・・・末端構造材14・・・
中央タイロッド  15・・・シース16・・・ウィン
グ  17・・・長寿命型中性子吸収体17a〜17d
・・・中性子吸収要素 18・・・中性子吸収要素支持片 19・・・スピードリミッタ  20・・・空隙21・
・・ハフニウム金属板  21a・・・分割片22・・
・スポットスペーサ 22a・・・リングスペーサ22
b・・・溝   23,24・・・空間(流速材流路)
25・・・減速材流入口 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  第子丸 健 第1図 第2図    第32 第6図 第8図 第9図 □                        
               −一一−ウィング内側
                ウィング外側−m−
−一−1
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view schematically showing the interior of FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing the axial reactivity distribution according to the present invention, and FIG. The figure is the first according to the invention.
A sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 5 is a perspective view of a spot spacer according to the present invention, FIG. 6 is a perspective view of a ring spacer according to the present invention, FIG. 7 is a sectional view taken along the line v-■ in FIG.
The figure is a diagram showing the fissile nuclide concentration distribution in the axial direction of the reactor core according to the present invention, FIG. 9 is a diagram showing the neutron multiplication factor distribution in the axial direction of the reactor core according to the present invention, and FIG. Diagram showing such core axial neutron irradiation dose distribution, No. 11
The figure is a diagram showing the neutron irradiation dose distribution in the width direction of the control rod wing according to the present invention, and FIG. FIG. 10...Reactor control rod 11...Handle 12
... Tip structure material 13 ... End structure material 14 ...
Central tie rod 15...Sheath 16...Wing 17...Long-life neutron absorber 17a to 17d
...Neutron absorption element 18...Neutron absorption element support piece 19...Speed limiter 20...Gap 21.
... Hafnium metal plate 21a... Divided piece 22...
・Spot spacer 22a...Ring spacer 22
b... Groove 23, 24... Space (velocity material channel)
25... Moderator inlet agent Patent attorney Nori Ken Chika Yudo Ken Daishimaru Figure 1 Figure 2 Figure 32 Figure 6 Figure 8 Figure 9 □
-11-Inside wing Outside wing-m-
-1-1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 先端構造材および末端構造材を連結する断面十字状の中
央タイロッドと、この中央タイロッドの各突出脚に深い
U字状のシースをその開口部において取り付けて構成し
たウィングと、各ウィング内に装填した長寿命型中性子
吸収体とを有し、前記長寿命型中性子吸収体を制御棒軸
方向およびウィング幅方向に複数の区分に分割し、各区
分内の中性子吸収要素の中性子吸収特性をその区分にお
ける中性子照射量に応じて定めたものにおいて、前記各
区分の中性子吸収要素を構成する対向するハフニウム金
属板を、十字状断面で対向する脚片を前記シースに貫通
させたスポットスペーサにより間隔を保持させ、ハフニ
ウム金属板と前記シース内面とは前記脚片に装着したリ
ングスペーサにより離間し、かつスポットスペーサとリ
ングスペーサに溝を導入することにより、全体に耐食性
を向上させたことを特徴とする原子炉用制御棒。
A central tie rod with a cross-shaped cross section that connects the tip structural member and the terminal structural member, a wing configured by attaching a deep U-shaped sheath to each protruding leg of the central tie rod at its opening, and a wing loaded in each wing. The long-life neutron absorber is divided into a plurality of sections in the control rod axis direction and the wing width direction, and the neutron absorption characteristics of the neutron absorption elements in each section are determined in that section. In the method determined according to the neutron irradiation amount, the opposing hafnium metal plates constituting the neutron absorbing elements of each section are kept spaced apart by a spot spacer having opposing leg pieces with a cross-shaped cross section penetrated through the sheath. , a nuclear reactor characterized in that the hafnium metal plate and the inner surface of the sheath are separated by a ring spacer attached to the leg piece, and grooves are introduced into the spot spacer and the ring spacer, thereby improving corrosion resistance as a whole. control rod.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008101941A (en) * 2006-10-17 2008-05-01 Toshiba Corp Control rod for nuclear reactor and its manufacturing method
JP2010256094A (en) * 2009-04-22 2010-11-11 Toshiba Corp Control rod for nuclear reactor
JP2011208959A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Control rod

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