JPH021278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉用制御棒に関する。

原子炉の制御棒はボロンカーバイド（B₄C）粉
末を理論密度の約70％（比重約1.76ｇ／cm²）の密
度で金属中空棒に振動充てんして製作された中性
子吸収棒を用いて構成される。この制御棒を原子
炉炉心に装荷して使用すると、B₄C中のボロン−
10（Ｂ−10）が中性子の照射をうけ、いわゆる
（ｎ、α）反応によりヘリウム（He）ガスを発生
し、金属管内の圧力を上昇させるので、制御棒の
機械的寿命は比較的短かい。また中性子を吸収し
てＢ−10が減損すると、B₄Cの中性子吸収断面積
が中性子の照射量に対して直線的に減少し、その
結果中性子束レベルが上昇するので、Ｂ−10の減
損割合はＢ−10の残存量が低下するにつれて加速
度的に増大し、制御棒の反応度価値も加速度的に
低下し核的寿命も短かくなる。制御棒の寿命はこ
の機械的と核的寿命のうち短い方で決定される
が、何れにしても比較的短いので、交換に際して
処理を必要とする放射能廃棄物を大量に発生する
欠点ある。

本発明者等は前述した従来の制御棒の問題点に
鑑み、ヘリウムガスを発生せず、また中性子を吸
収して生成された核種が中性子吸収断面積の大き
くなる核的寿命の長い核種により中性子吸収棒を
形成した制御棒を開発した。

前記の吸収棒は、酸化ユーロピウム粉末と酸化
ハフニウム粉末との混合粉末を金属管の一部また
は全長にわたつて充填して成るものである。

ところがユーロピウム希土類であり、高価な材
料であるため、コスト上難点があつた。また、酸
化ハフニウム粉末のみでは反応度価値が低く、制
御棒用の中性子吸収材としては不充分である。

これに対し、ハフニウムのソリツドメタル（粉
状や粒状ではなく、一体的に固まつた状態をい
う。）により中性子吸収棒を形成すれば、価格上
の問題もなく反応度的にも充分なものとなるが、
ハフニウムは硬いという性質があり、前記の中性
子吸収棒を使用した制御棒には次のような問題を
生じる。

すなわち、複数本の吸収棒をウイング内に収容
した制御棒の剛性がかなり高くなり、燃料集合体
間の十字状空隙に挿入するに際し、制御棒と燃料
集合体とが接触すると、燃料集合体を突上げるお
それがある。そのため原子炉のスクラム時の制御
棒挿入速度を下げることが必要となり、原子炉の
緊急停止がし難くなる。

本出願人は上記の事情に基き、ハフニウムソリ
ツドメタルにより形成した中性子吸収棒を使用
し、しかも軸に垂直方向の剛性の小さな制御棒を
開発した。

この制御棒は、ウイング内に〇中性子吸収性の
あるソリツドメタルから成る短尺の中性子吸収棒
を装填して成るものである。

上記の制御棒は長寿命であり、しかも軸に垂直
方向の剛性が小があり、優れているが種々実験、
研究の結果次のような欠点があることがわかつ
た。

すなわち、制御棒の周囲は冷却材が高速で流れ
ており、各ウイングには流体学的振動が作用して
いる。前記の中性子吸収棒をすべて同じ長さとし
て制御棒を構成し、中性子吸収棒の境界が制御棒
の同一断面内に位置させると、中性子吸収棒は重
く且つ高剛性であるため、前記の振動によりシー
スには前記断面において局所的な制御棒軸に直角
方向の応用が作用し、シースを損傷するおそれが
ある。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、長
寿命型でしかも剛性小であり、シースに損傷を生
じるおそれのない原子炉用制御棒を得ることを目
的としている。

以下、図面につき本発明の詳細を説明する。第
１図、第２図は本発明一実施例の斜視図、横断面
図を示し、制御棒１は十字状断面のタイロツド２
の各突出脚に、深いＵ字状断面のシース３をその
開口においてそれぞれ取付けてウイングを形成
し、各ウイング内にハフニウム棒からなる中性子
吸収棒４を装填して成る。中性子吸収棒４は等長
の短尺中性子吸収棒区分（中性子吸収棒４を軸方
向に分割したものからなる。）４ａを、それらの
軸をタイロツドの軸に平行にして、しかも長手方
向に隣接するもの同志軸心を合致させてウイング
内に装填して形成されている。

なお、ウイング内には、中性子吸収棒４と同一
の材料から成り、ウイング全長にわたる長さのス
テイフナ兼吸収棒５が１箇配置されている。この
ステイフナ兼吸収棒５は、ウイング内側面に溶接
等により固着されている。

上記構成の制御棒においては、ステイフナ兼吸
収棒５がウイング全長にわたる切目のない１本の
棒材とされているので、中性子吸収棒区分４ａの
境界が制御棒の同一断面上に位置しても、流体学
的振動により局所的な応力を生じることはなく、
シースが損傷されるおそれはない。なお、ステイ
フナ兼吸収棒により制御棒の剛性が若干上昇する
が、実用上差支えない。

第４図は本発明の他の実施例を示す。この実施
例では中性子吸収棒区分４ａの長さの異るものを
数種類用意し、これらを無作為にウイング内に装
填してある。このようにすれば、制御棒の同一断
面上にすべての中性子吸収棒区分の境界が位置す
ることはなく、局所的な応力の発生を避けること
ができる。なお、この実施例においても、同一断
面上に中性子吸収棒区分境界が位置するものより
も、若干剛性が上昇するが、実用上差支えない。
また、この実施例の如く長さの異る中性子吸収棒
区分を数種類用意することなく、中性子吸収棒の
本数だけの種類の長さの異る短尺区分を用意し、
これらをウイング最下部に配置しそれらの上に等
長短尺の中性子吸収棒区分と積重ねるようにして
も、同一の結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の斜視図、第２図はそ
の横断面図、第３図Ａはその要部拡大縦断面図、
同図Ｂはその横断面図、第４図Ａは他の実施例の
要部拡大縦断面図、同図Ｂはその横断面図であ
る。 ２……タイロツド、３……シース、４……中性
子吸収棒、４ａ……中性子吸収棒区分、５……ス
テイフナ兼吸収棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 十字状断面のタイロツドの各突出脚に深いＵ
   字状断面のシースをその開口においてそれぞれ取
   付けて形成したウイング内に、上記タイロツド軸
   に平行に延びる複数本のハフニウム棒を装填し、
   これらのハフニウム棒のうち少なくとも一部のハ
   フニウム棒を軸方向に分割した原子炉用制御棒に
   おいて、上記タイロツド軸に直角に切つた断面上
   に少なくとも１つのハフニウム棒は分割面を有し
   ないようにしたことを特徴とする原子炉用制御
   棒。