JPH02176495A - 原子炉用制御棒 - 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、原子炉出力を調整し制御する原子炉用ＩＩＩ
ＩＩ棒に係り、特に原子炉停止時に大きな反応度（ｉｉ
ｉ！Ｉを有する長寿命型原子炉用制御棒に関する。

（従来の技術） 原子炉の出力を制御する原子炉用制御棒として、例えば
中央に結合部材を配して４枚のステンレス鋼製ウィング
を一体的に結合し、ウィングの幅方向の内部に形成した
多数の収容穴にボロンカーバイド（８４Ｇ）などの中性
子吸収材の粉末を均一な密度で充填した新しい型式の制
御棒が開発されている。

この原子炉用制御棒を沸騰水型原子炉等の炉心部に挿入
すると、収容孔に充填した中性子吸収材は中性子の照射
を受け、中性子吸収能力を次第に失うため、所定期間の
運転に供した後に定期的に交換される。

ところで、原子炉の炉心部において使用される制御棒は
、各ウィングの全面に亘って一様に中性子照射を受ける
ものではなく、例えば各ウィングの挿入先端領域および
翼端（外側縁）領域は、強度の中性子照射を受ける。そ
のため、その領域に充填された中性子吸収材は多量の中
性子を吸収して他領域より早く消耗し、早期に核的寿命
を達する。したがって、他領域に充填された中性子吸収
材がまだ十分核的寿命を残しているにも拘らず、原子炉
用制御棒全体を放射性廃棄物として廃棄しなければなら
ない不経済性があった。一方、原子炉用制御棒の交換頻
度が高いと交換作業に長時間を要するため、原子炉の稼
動率が低下し、大きな経済的デメリットの原因となる。

その他、作業員の被曝線層も増大するおそれが生ずる場
合も考えられる。

また、従来の原子炉用制御棒は、ウィングの全領域に亘
って中性子吸収材を均一な密度で充填しており、軸方向
の中性子吸収能力すなわち反応度が等しく調製されてい
るが、前記のように中性子照射量の不均一によって経時
的に反応度にばらつきを生じ、原子炉の運転サイクル末
期においては部分的に原子炉停止余裕が低下する可能性
がある。

すなわち、上記の原子炉用制御棒を使用して原子炉を所
定期間運転した場合における原子炉停止余裕（未臨界度
）の炉心軸方向分布は、燃料集合体の設計仕様または原
子炉の運転方法によって若干の相違を生じるが、基本的
には第２図（Ａ）に示す分布となる。すなわち、原子炉
停止余裕は炉心の上端および下端において大きく、一方
、上端より若干下った位置において最小の値をとる。こ
の原因としては、次のことが考えられる。

原子炉炉心の軸方向長さをＬとした場合、下端から３／
４Ｌの位置から上端にかけての上端領域においては、運
転時の気泡率（ボイド率）が高く、炉の出力密度が若干
低下するため、核分裂性物質である質量数２３５のウラ
ン（Ｌｌ−２３５）の残存量が比較的多く、また発生す
る気泡（ボイド）によって中性子スペクトルの硬化現象
を生じる。

その結果、プルトニウム生成反応（中性子吸収反応）が
促進されるため、原子炉の運転後において炉心上部の核
分裂性物質の濃度が相対的に高くなり、その領域の原子
炉停止余裕が低下する。

一方、今後の原子炉は運転経済性の向上に対する要請か
ら核燃料の高燃焼度化および運転サイクルの長期化への
移行は必至の情勢である。その具体内な対応として濃縮
度の高い核燃料の採用が進み、それに伴って寿命が長く
、原子炉停止余裕が大きな原子炉用制御棒が強く求めら
れる。

（発明が解決しようとする課題） 従来の原子炉用制御棒を高濃縮度の核燃料を装荷した原
子炉に採用すると、短い運転サイクル毎に原子炉用制御
棒を頻繁に交換しなければならない。原子炉用１ｌ１１
６０棒の交換作業にあたっては、原子炉を停止し、交換
すべき制御棒の周囲に配設された多数の燃料集合体を炉
心から予め排除する煩雑な作業が必要とされる。したが
って、１ＩＩ１１［Ｉ棒の交換のための停止期間が長期
化することにより原子炉の運転効率、経済性が著しく低
下する一方、管理労力が著しく増大する可能性がある。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、原子炉用制御棒全体の反応度価値を高めるととも
に、原子炉停止余裕が低下しがちな領域に、特に反応度
が高く、中性子吸収のスエリング対策を講じて長寿命化
し、安価で効果的に原子炉停止余裕を増大化し、かつ核
的および機械的寿命の長期化を図り得る長寿命型原子炉
用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） 本発明に係る原子炉用制御棒は、上述した課題を解決す
るために中性子吸収部の少なくとも一部に板状金属を備
えたウィングを形成し、上記板状金属にウィング幅方向
に延びる複数の収容孔を設け、上記収容孔に中性子吸収
材を収容した原子炉用制御棒において、中性子照射量が
大きなウィング挿入先端領域の収容孔に、長寿命型中性
子吸収材を挿入するとともに、原子炉停止時に未臨界度
が浅くなる領域の各収容孔を、長穴形状に構成し、この
長穴形状の収容孔は゛隣接する収容孔側の両端部に、中
性子吸収反応によりスエリングを生じない中性子吸収材
を、残りの中間部にボロンを有する中性子吸収材をそれ
ぞれ充填させたものである。

また、本発明に係る原子炉用制御棒は、上述した課題を
解決するために中性子吸収部の少なくとも一部に板状金
属を備えたウィングを形成し、上記板状金属にウィング
幅方向に延びる複数の収容孔を設け、上記収容孔に中性
子吸収材を収容した原子炉用制御棒において、中性子照
射量が大きなウィング挿入先端領域の収容孔に、長寿命
型中性子吸収材を挿入するとともに、原子炉停止時に未
臨界度が浅くなる領域の各収容孔を、長穴形状に構成し
、この長穴形状の収容孔の隣接する収容孔側端部は、ウ
ィング幅方向の板状金属の肉厚を、その中間部の肉厚よ
り厚くしたものである。

さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る
原子炉用ｉｔ、ＩＩ　Ｉｎ棒は、中性子吸収部の少なく
とも一部に板状金属を備えたウィングを形成し、上記板
状金属にウィング幅方向に延びる複数の収容孔を設け、
上記収容孔に中性子吸収材を収容した原子炉用制御棒に
おいて、中性子照射量が大きなウィング挿入先端領域の
収容孔に、長寿命型中性子吸収材を挿入するとともに、
原子炉停止時に未臨界度が浅くなる領域の各収容孔を、
長穴形状に構成し、この長穴形状の収容孔は隣接する収
容孔側端部に、中性子吸収材を充填したインナーチュー
ブを収容し、残りの中間部にボロンを有する中性子吸収
材を充填させたものである。

さらにまた、本発明に係る原子炉用制御棒は、上述した
課題を解決するために中性子吸収部の少なくとも一部に
板状金属を備えたウィングを形成し、上記板状金属にウ
ィング幅方向に延びる複数の収容孔を設け、上記収容孔
に中性子吸収材を収容した原子炉用制御棒において、中
性子照射量が大きなウィング挿入先端領域の収容孔に、
長寿命型中性子吸収材を挿入するとともに、原子炉停止
時に未臨界度が浅くなる領域の各収容孔を、長穴形状に
構成し、この長穴形状の収容孔に、ボロンを有する中性
子吸収材を充填したインナースリーブを収容したもので
ある。

（作用） この原子炉用制御棒は、中性子照射量が大きなウィング
挿入先端領域に、長寿命型中性子吸収材を配設するとと
もに、原子炉停止時に未臨界度が浅くなる領域の各収容
孔を長穴形状とし、この長穴形状の収容孔にボロンを有
する中性子吸収材を充填させたので、より多くの中性子
吸収材を充填して反応度価値を高め、核的寿命を向上さ
せることができる。

また、長穴形状の各収容孔は、隣接する収容孔側端部に
、中性子吸収反応によりスエリングしない中性子吸収材
を設けたり、その端部部分のウィング厚さ方向の肉厚を
中間部より厚くして概械的強度を向上させたり、また、
中性子吸収材が充１眞されたインナーチューブを収容し
たり、さらに、長穴形状の収容孔にインナースリーブを
収容し、このインナースリーブ内にボロンを有する中性
子吸収材を充填させて、長穴形状の各収容孔部にスエリ
ング対策を施したので、８４Ｃ等の中性子吸収材のスエ
リングが生じても、長穴形状の収容孔部は、発生応力を
小さくしたり、応力発生時期を遅らせたり、また、応力
を発生させないようにして機械的寿命の長寿命化を図り
桿るようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例について
添付図面を参照して説明する。

この原子炉用制御棒は基本的には横断面十字状のウィン
グにシースを備えたものと、シースを備えないものとに
分けられる。シースを備えない原子炉用制御棒は先端ｍ
造材と末端構造材との間に直接中性子吸収要素を固着す
るものである。また、シースを備えた原子炉用制御棒は
先端構造材と末端構造材をタイロッドで固着し、このタ
イロッドの各突出脚に深いＵ字状断面のシースを固着し
、このシース内に中性子吸収要素を収容したものである
。

第１図は、シースを備えない本発明に係る原子炉用制御
棒１０を示すもので、この原子か用制御棒１０は代表的
にはステンレス鋼板で形成された４枚のほぼ矩形の板状
金属からなるウィング１１を有する。原子炉用制御棒１
０は軸方向に所要のｌｆｆ１隔をおいて複数の結合部材
１２を有し、この結合部材１２を介して複数のウィング
１１の内側端が結合され、横断面十字状に形成される。

ウィング１１の挿入先端部には先端構造材１３が一体あ
るいは一体的に形成され、この先端構造材１３に操作用
ハンドル１４が固着される。ウィング１１はステンレス
鋼板の代りにハフニウム−ジルコニウム（Ｚｒ）合金や
ハフニウム−チタン（Ｔｉ）合金などのようにハフニウ
ムを比重が小さく合金化が確実で安定な希釈材で希釈し
た長寿命型中性子吸収材希釈合金を用いてもよい。この
場合には、ハフニウムによる中性子吸収効果が加わり、
制御棒１０の長寿命化、大反応度化を図ることができる
。

原子炉用制御棒１０のウィング１１の挿入末端側には末
端構造材１５が一体あるいは一体的に設けられ、この末
端構造材１５の下部に図示しないスピードリミッタや制
御棒駆動機構への結合部が設けられる。

原子炉用制御棒１０のウィング１１は挿入先端側および
外側縁側（翼端側）で強い中性子照射を受ける一方、こ
の原子炉用制御棒１０は反応度価値に寄与する挿入先端
部ＩＩＩＸを備えた第１領域と、この第１領域に隣接し
、原子炉停止中に来臨（ｌｉ（σが浅くなる第２領域の
高反応度領域Ｙと、この高反応度領域Ｙに挿入末端側で
隣接する第３領域Ｚとに区画される、原子炉用制御棒１
０のウィング１１の各領域Ｘ、Ｙ、Ｚには、ウィング幅
方向に延びる横孔としての収容孔１７．１８．１９がウ
ィングの挿入先端から挿入末端にかけて多数列状に穿設
されている。

なお、第１図の左上側に破線状の斜線で示す領域は長寿
命型中性子吸収材が充填される領域である。

一方、ウィング１１の第１領域に形成される挿入先端領
域Ｘは、原子炉用制御棒の軸方向有効長しの挿入先端か
ら挿入末端側に約５　ｃｍ以上で約３２α以下の長さＪ
３に形成され、好ましくは挿入先端領域Ｘは挿入先端か
ら約５　ｃｔｍ以上で約１６ｃｍ以下とされる。この挿
入先端領域Ｘに形成される各収容孔１７やウィング外側
縁部の領域に位置する縦方向の収容溝には、ハフニウム
（＋−１ｆ　）メタル、銀・インジウム・カドミウム（
Ａｇ−１ｎ−ｃｄ）合金、Ｅ　ｕ　　ｏ　　、　ｏ　Ｖ
２０３　、　Ｇｄ２ｏ３゜５ｍ２０３などの希土類酸化
物、あるいは希土類、Ｓ化物と１−１ｆＯ２などとの混
合酸化物等の長寿命型中性子吸収材２０，２１が充填さ
れる。

長寿命型中性子吸収材は中性子を吸収してもガスを発生
させず、スエリングが殆ど生じない。これらの長寿命型
中性子吸収材の多くは、１個の原子核が何回も中性子を
吸収する能力を有するために、核的に長寿命である。ま
た、ガス発生やスエリングが生じないことは、長寿命型
中性子吸収材を収容する収容孔１７で応力発生が生じな
いことであり、機械的寿命が長くなるメリットも有する
。

この原子炉用制御棒１０では、ウィング１１内側端側に
形成される空隙内に水が充填されるが、この空隙が広い
場合には熱中性子束の盛上りが著しくなるため、ウィン
グ１１の内側端側は内側縁から０．５〜１．５ｃｍ程度
の幅で挿入先端から挿入末端に向って一定長さ、例えば
１５〜４０ｃｔｐｔ程度の長寿命型中性子吸収材を配置
してもよい。

また、第１領域の挿入先端領域Ｘのウィング外側縁側に
おいて、ウィング１１の幅方向ｆｆｊ　ｌｌ！１幅Ｊ５
に長寿命型中性子吸収材２１が充填され、この領域幅ｊ
！５は一般的には例えば約１〜２　ｃｍ程度でよいが、
大反応度化を主目的とした原子炉用制御棒１ｏでは、長
寿命型中性子吸収材２１はＢ４Ｃに比べて反応度価値が
劣る場合が多いので、領域幅１５は０．５ｃｍ程度どし
てもよい。この領域幅１　部分の一りィング長手方向長
さ１１は、大反応度化を主目的とした制御棒の場合には
短かくてもよいが、原子炉運転時に炉心部に挿入して原
子炉運転制御を主目的とする原子炉用制御棒の場合には
、軸方向有効長りの少なくとも１／４以上の長さを必要
とする。制御棒使用方法が特定できない場合には、領域
幅で５を０．５〜１ｃｍ程度に、また（Ｊ　　−ｊ！３
）を１／２Ｌ程度とすれば１反応度価値の低下を来すこ
となく大反応度化の達成が図れる。ウィング１１の外側
縁は溶接等により各収容孔の開口側を長寿命型中性子吸
収材２１等を介して閉じるように閉塞される。

ところで、長寿命型中性子吸収材２０．２１としては、
ハフニウム金ｆｆｉ　＜　１−１　ｆ　）　、ハフニウ
ムジルコニウム合金、ハフニウム−チタン合金、銀イン
ジウム・カドミウム合金、ユーロピウム酸化物、ディス
プロシウム酸化物、サマリウム酸化物などの希土類酸化
物より選択された１秤類または２種類以上の物質を含む
固形状または粉末状の中性子吸収材が採用され、中性子
照射強度、運転期間等を考慮して最適な組合せが決定さ
れる。

また、ウィング１１の第２領域Ｙは原子炉用制御棒１０
の大反応度価値イヒを図るため、各収容孔１８は長穴形
状に構成され、ウィング長手方向単位長さ当りの孔容積
は、挿入先端領域Ｘおよび第３領域Ｚの孔容積より増大
せしめられる。具体的には、第２ｇ領域Ｙの各収容孔１
８を長穴化することにより、８４Ｃ等の中性子吸収材２
３の充填量を増加させ、原子炉停止中に未臨界度が浅く
なる領域の反応度を高め、高反応度化している。

原子炉停止中に未臨界度が浅くなる領域は第２図（Ａ）
に示すように第２領ｔ４Ｙに形成され、この領域Ｙの中
性予熱ｍｆｆ１は比較的高いものの、挿入先端領域Ｘに
比べるとかなり低下するので、長寿命化には不適である
が大反応度化に好適な中性子吸収材としてＢ４Ｃを用い
ることができる。ボロン−１０を濃縮したＢ４Ｃやチッ
化ボロン、六はう化ユーロビ１クム（ＥｕＢ６）等のボ
ロン化合物を用いるとさらに大反応度化できる。酸化ユ
ーロピウムを主中性子吸収材とし、ボロンを含まない中
性子吸収材を用いると大反応度化と同時に長寿命化を達
成することもできる。しかし酸化ユーロピウムは高価で
あり、濃縮ボロンに比べると大反応度の達成には向いて
いないので、酸化ユーロピウムの使用は高反応度領域（
第２領域）Ｙのうち挿入先端領域Ｘに隣接する付近のみ
で使用するのが最も好適である。

この原子炉用制り１捧では第２領域Ｙの収容孔１８を長
穴化することによって、より条苗の大反応変型の中性子
吸収材（代表例はＢ４Ｃ）を充填させることができる。

また、第２領域Ｙに形成される収容孔１８は、第３図（
Ａ）に示すように、収容孔１８の孔径を一定とした場合
、孔中心開路ｌ１１１（孔間ピッチ）を変えると、中性
子吸収材２３の充１ｔＷｆｆｉや反応度価値（相対値）
を第３図（Ｂ）に示すように変化させることができる。

この種の制御棒の典型的な設計例では、板厚ｔは８ｍ、
孔直径ｄは６ＩＮｎ、孔中心間距離（ピッチ：ｐ）は８
ＩＩＷとされている。したがって、この条件においてピ
ッチｐを変化さ拷たとき、中性子吸収材量とそれに伴う
反応度価値の変化が第３図（Ｂ）に表わされる。収容孔
の直径とピッチが同一となったとき中性子吸収材量は従
来の約１．３倍以上となり、収容孔がほぼ重なったとき
、したがって板は厚さ（ｔ−ｄ）／２の２枚に分υ１さ
れ、吸収材が板状に充填された状態（極限）でほぼ１．
７倍となる。反応度価値の相対変化は炉心構成、燃料濃
縮度、水ギヤツプ幅、可燃性毒物等によっても影響を受
けるので一律的に論することはできないが、−例として
示すと第３図（Ｂ）の２点鎖線の如くである。この例で
は、収容孔が重ならずに隣接した状態（ｐ＝ｄ）におい
て４％、完全に重なった状態で約７．５％の増加となっ
ている。

原子炉用制御棒１ｏの実際の設計ではウィング１１の板
を完全に分割することはできず、板間に何らかの仕切り
（結合）材となる肉の部分が必要となるため、孔間ピッ
チｐ−０の状態はあり１ηないが、このピッチｐを小さ
くするという考え方では、幾つかの隣接する収容孔をグ
ループ化し、その間では孔間ピッチｐを小さくし、他の
グループとの間に母材肉（ウィング）を残す第１図のよ
うな構成とすれば、実効的にｐ＝４〜５ｍ（ｄ＝６ｍ）
とすることができ、充分大川可能である。このとき反応
度価値は５％程度向上できることを第３図（Ｂ）は示し
ている。

以上が本発明における反応度価値向上の原理である。反
応度ｒＡ値が大きくなる領域Ｙ８艮手方向良さノ、とす
ると、第２図（Ｂ）のような軸方向中性子吸収特性分布
となる。したがって原子炉停止中の未臨界度の軸方向分
布は第２図（△）から第２図（Ｃ）に示すように改良さ
れ、著しく未臨界度が浅くなる第２領域の部分がなくな
り、軸方向にほぼ一様化される。

ところで、ウィング１１の第３領域Ｚの各収容孔１９に
は８４Ｃ等の中性子吸収材２５が充填されるが、第３領
域Ｚのうち挿入末端側から１／２以内に形成される領域
には反応度価値を大きくする必要がないので、各収容孔
１９の一部には中性子吸収材を充填させず、ガスブレナ
ム２６としてもよい。この場合、ガスプレナム２６は互
いに隣接する収容孔１９を避けて設けるのが望ましい。

また、ウィング１１の第２領［Ｙに形成される各収容孔
１８は、複数の横穴が相互に重なり合うように連設され
て長穴形状に形成される。この収容孔１８を長穴形状と
することにより、第２領域Ｙ内により多すの中性子吸収
材を充填させるようになっている。

第４図には、ウィング１１の幅方向に延びる５個の横穴
を互いに連設して形成される長穴形状の収容孔１８を示
しており、この収容孔１８にボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ
）や六硼化ユーロピウム（ＥｕＢ６）、窒化ボロン（Ｂ
Ｎ）等のボロン（Ｂ−１０）を有する中性子吸収材を充
填させると、中性子吸収材のＢ−１０は中性子吸収反応
によりＨｅガスとｌ−ｉになる。Ｈｅガスの大部分は中
性子吸収材の粉粒内部に止まり、粉粒をスエリングさせ
る。

中性子吸収材のスエリングにより、各収容孔１８に内側
から外側に局所的な力が加えられる。各収容孔１８内で
中性子吸収材のスエリングが生じると、長穴形状の収容
孔１８は両端部で最大の応力が発生し、中間部ではウィ
ング１１の厚さ方向にウィング全屈母材が逃げられるた
め小さい。このため、長穴形状の収容孔１８を採用した
ときに、収容孔１８の隣接収容孔側両端部で耐圧応力を
大きくするか、応力発生時期を遅らせるか、あるいは応
力を発生させないようにすればよい。

第４図は、長穴形状の収容孔１８の両端部に応力が発生
しないようにしたものである。長穴形状の収容孔１８は
、原子炉の炉心部に制御棒１０を全挿入して停止させる
場合において、炉心軸方向で未−界度が最も浅くなる部
分を中心にして形成される。

そして、この長穴形状の収容孔１８の両端部（ウィング
長手方向両側）には、八ツニウム（Ｈｆ）メタル、銀・
インジウム・カドミウム（Ａ（Ｊｉｎ−Ｃｄ）合金、Ｅ
ｕ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３゜Ｇｄ　　Ｏ、Ｓｍ２Ｏ３などの
希土類酸化物、あるいは希土類酸化物とＨｆＯ２などと
の解合酸化物のような長寿命型中性子吸収材３０を挿入
する。

この中性子吸収材３０は中性子と反応してガスを発生さ
せないので、スエリングが生じない長穴形状の収容孔１
８の両端部に応力が発生することはない。長穴形状の収
容孔１８の中間部には反応度を向上させるため、Ｂ４Ｃ
のように８−１０を有する中性子吸収材３１を充填させ
る。この中性子吸収材３１の充填により、収容孔１８の
中間部分にスエリングによる応力が発生し、収容孔１８
をウィング１１の板厚方向に押し拡げる。この応力は長
穴形状の収容孔１８の両端部へ伝えられるが、この両端
部分ではスエリングを生じない中性子吸収材３０が配置
されているので、中性子吸収材３Ｏによる応力発生はな
く、各収容孔１８の中間部にスエリングにより発生した
応力は、その変形により容易に吸収され、機械的寿命を
損うことがない。

なお、この原子炉用制御棒において１よ、各収容孔１９
は中性子吸収材の小さな収容孔１９やガスプレナム２６
等と互いに連通されてガス圧の収容孔１７．１８．１９
間の均一化が図られているので、このガス圧による発生
応力が制御棒の機械的寿命を決定することがないように
設計されている。

第５図は、長穴形状の収容孔１８Ａの両端部で耐圧応力
を大きくしたちのである。この収容孔１８　Ａ　１．ｔ
　ｖ４接収容孔側端部の横穴の孔径を中間部の横穴孔径
より小さくして、収容孔１８Ａの両端部におけるウィン
グ１１の金属母材の肉厚を厚くしたものである。これに
より、ウィング１１は収容孔１８Ａを長穴形状としても
、その両端部の耐応力強度の増大が図れるようにしたも
のである。

この長穴形状の収容孔１８Ａには、８４Ｃ等の８−１０
を有する中性子吸収材３１が充填される。

充填された中性子吸収材３１が中性子照射を受けてスエ
リングしても、収容孔両端部は耐応力強度が大きく、ま
た、中間部はウィング１１の板厚方向に変形して逃げる
ので、この部分に大きな応力が発生せず、機械的寿命を
損うことがない。

この場合において、ウィング１１の金属母材自体を、Ｈ
ｆｔＬｌ板や）−Ｉｆを７−ｒやＴｉなトノ希釈した希
釈合金板を用いると、ウィング１１の金属母材自体が中
性子吸収能力を有する。このため、各収容孔１７．１８
Ａ、１９に収容される中性子吸収材２０，３１．２５の
中性子吸収割合が相対的に低減され、中性子吸収材量も
少なくて済む。

結果的には、中性子吸収材３１のスエリング発生時１ｊ
を中性子吸収割合低減分だけ遅らせることができ、その
分、機械的寿命を延ばすことができる。

また、第６図は中性子吸収材のスエリングによる応力発
生時期を遅らせた原子炉用制御棒である。

第６図に示されたものは、長穴形状の各収容孔１８Ｂの
両端部に、インナーチューブ３３を緩く挿入し、このイ
ンナーチューブ３３内に８４Ｃ等中性子吸収材３４を充
填さけるとともに、収容孔１８Ｂの中間部には、８４Ｃ
等の中性子吸収材３１を充填させたものである。インナ
ーチューブ３３は収容孔１８Ｂの両端部に形成される横
穴に遊嵌状態で収容され、収容孔１８Ｂの内壁とインナ
ーチューブ３３との間にスエリング吸収ギャップ３５が
形成される。

このギャップ３５が中性子吸収材のスエリングに対して
逃げしろとなり、ウィング１１の収容孔部に発生するス
エリングによる応力発生時期を遅らせることができる。

第７図は第６図に示すものと同様、中性子吸収材のスエ
リングに対する応力発生８５期を遅ら「た原子炉用制御
棒である。

第７図に示される収容孔１８Ｃは長穴形状の内面が滑か
に加工され、この収容孔１８Ｃ内にライナとしてインナ
ースリーブ３６をＴｉＩＮ　ｔｊしめたｂのである。イ
ンナースリーブ３６内には８４ｃ等の中性子吸収材３７
が充填される。インナースリーブ３６はＳＵＳ鋼や、Ｈ
ｆ合金病Ａ１等で形成され、この場合にも、収容孔１８
Ｃの内壁とインナースリーブ３６との間に逃げしろとし
てスエリング吸収用ギャップ３８が形成される。

この場合、長穴形状の収容孔１８Ｃとインナ−スリーブ
３６外面との間には必ず何らかのギャップ３８が形成さ
れ、このギャップ３８がスエリング逃げの空間となる。

この結果、中性子吸収材のスエリングによる収容孔１８
Ｃにおける応力発生時期は大幅に遅れ、機械的長寿命化
を達成できる。

なお、本発明の実施例では、シースを備えない原子炉用
制御棒を説明したが、シースを備えた原子炉用制御棒に
も同様にして適用できる。

また、この原子炉用制御棒のウィング第２領域に形成さ
れる長穴形状の収容孔の孔形状は種々の変形が考えられ
る。

〔発明の効果］ 以上に述べたように、本発明に係る原子炉用制御棒にお
いては、中性子照射量の大きなウィング挿入先端領域に
形成される板状金属の収容孔に、長寿命型中性子吸収材
を挿入するとともに、原子炉停止時に未臨界度が浅くな
る領域の各収容孔を長孔形状としたから、孔容積の増大
が図れ、多量の中性子吸収材の充填が図れるので反応度
価値を高め、大反応度化が図れ、大反応度、長寿命型原
子炉用制御棒を１ｑることができる。

また、板状金属に長穴形状の収容孔を形成しても、長穴
形状の収容孔部に、中性子吸収材のスエリングに対する
対策を充分に施したから、中性子吸収材のスエリングに
よっても板状金属の応力発生が大幅に緩和され、機械的
寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例を示す
図、第２図（Ａ）、（Ｂ）Ｊ′３よび（Ｃ）は原子炉用
制御棒中性子吸収部の有効長さ方向における未臨界度、
中性子吸収特性ａ５よび改善された未臨界度の変化をそ
れぞれ示す図、第３図（△）はこの原子炉用制御棒の板
状金属に穿設される長大形状の収容孔の一例を示す原理
図、第３図（Ｂ）は第３図（△）に示される収容孔の孔
間ピッチと反応度価値および中性子吸収材ｍとの関係を
示す図、第４図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第５
図〜第７図は本発明の第２実施例〜第４実施例を示すも
ので、第４図と同様な断面図である。 １・・・原子炉用制御棒、１１・・・ウィング、１２・
・・結合部材、１３・・・先端構造材、１５・・・末端
構造材、１７，１８．１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ，１９・
・・収容孔、２０，２１．３０・・・長寿命型中性子吸
収材、２３，３１，３４．３７・・・中性子吸収材、２
６・・・ガスブレナム。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久１り 第１図 よ嶌 よ渚 上地 １１ｔＪが停止会務） （凍Ｊｒ井止彰琲） ＦＡ） （＋５） ＩＣ） 第 図 （Ａ） Ｃｍ） 乳層ビー、すβ （Ｂ） 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中性子吸収部の少なくとも一部に板状金属を備えた
   ウィングを形成し、上記板状金属にウィング幅方向に延
   びる複数の収容孔を設け、上記収容孔に中性子吸収材を
   収容した原子炉用制御棒において、中性子照射量が大き
   なウィング挿入先端領域の収容孔に、長寿命型中性子吸
   収材を挿入するとともに、原子炉停止時に未臨界度が浅
   くなる領域の各収容孔を、長穴形状に構成し、この長穴
   形状の収容孔は隣接する収容孔側の両端部に、中性子吸
   収反応によりスエリングを生じない中性子吸収材を、残
   りの中間部にボロンを有する中性子吸収材をそれぞれ充
   填させたことを特徴とする原子炉用制御棒。 ２、中性子吸収部の少なくとも一部に板状金属を備えた
   ウィングを形成し、上記板状金属にウィング幅方向に延
   びる複数の収容孔を設け、上記収容孔に中性子吸収材を
   収容した原子炉用制御棒において、中性子照射量が大き
   なウィング挿入先端領域の収容孔に、長寿命型中性子吸
   収材を挿入するとともに、原子炉停止時に未臨界度が浅
   くなる領域の各収容孔を、長穴形状に構成し、この長穴
   形状の収容孔の隣接する収容孔側端部は、ウィング幅方
   向の板状金属の肉厚を、その中間部の肉厚より厚くした
   ことを特徴とする原子炉用制御棒。 ３、中性子吸収部の少なくとも一部に板状金属を備えた
   ウィングを形成し、上記板状金属にウィング幅方向に延
   びる複数の収容孔を設け、上記収容孔に中性子吸収材を
   収容した原子炉用制御棒において、中性子照射量が大き
   なウィング挿入先端領域の収容孔に、長寿命型中性子吸
   収材を挿入するとともに、原子炉停止時に未臨界度が浅
   くなる領域の各収容孔を、長穴形状に構成し、この長穴
   形状の収容孔は隣接する収容孔側端部に、中性子吸収材
   を充填したインナーチューブを収容し、残りの中間部に
   ボロンを有する中性子吸収材を充填させたことを特徴と
   する原子炉用制御棒。 ４、中性子吸収部の少なくとも一部に板状金属を備えた
   ウィングを形成し、上記板状金属にウィング幅方向に延
   びる複数の収容孔を設け、上記収容孔に中性子吸収材を
   収容した原子炉用制御棒において、中性子照射量が大き
   なウィング挿入先端領域の収容孔に、長寿命型中性子吸
   収材を挿入するとともに、原子炉停止時に未臨界度が浅
   くなる領域の各収容孔を、長穴形状に構成し、この長穴
   形状の収容孔に、ボロンを有する中性子吸収材を充填し
   たインナースリーブを収容したことを特徴とする原子炉
   用制御棒。