JPH022558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉用制御棒に係る。

原子炉用制御棒は、中央構造材に細長いＵ字状
のシースを取付けて形成した複数箇のウイング内
に、多数の中性子吸収棒を装填して構成されてい
る。前記の中性子吸収棒はSUSから成る被覆管
内にB₄C粉末を充填し、被覆管内に一定間隔で粉
末移動防止用の仕切球を配置して構成されてい
る。

中性子吸収棒中のB₄Cは中性子を吸収して中性
子吸収能力を次第に失い、またその間 ¹⁰Bが中
性子と反応してHeガスを発生し被覆管内の圧力
を上昇させる。中性子吸収能力によつて定まる寿
命を核的寿命と言い、管内ガス圧によつて定まる
寿命を機械的寿命と言う。

而して、制御棒は一様な中性子照射を受けるも
のではなく、例えば各ウイング各側縁、上端部は
強度の中性子照射を受け、それら側縁部近傍の中
性子吸収材棒内の中性子吸収材は多量の中性子を
吸収するので、他部の中性子吸収棒より早期に核
的寿命に達する。そのため、他部の中性子吸収棒
は十分核的寿命を残しているにもかかわらず、制
御棒を放射性廃棄物として廃棄しなければならな
かつた。

そのような問題を解決するため、強度の中性子
照射を受けるウイング側縁近傍に、本出願人は核
的寿命の長い長寿命型中性子吸収体を配置した制
御棒を開発し、特開昭53−74697号において開示
した。

ところが、上記開示の制御棒の寿命は通常型の
制御棒の２倍程度に過ぎず、より長寿命化が求め
られている現在の状況に対応できない。

本発明は上記の事情に基きなされたもので、前
記開示の制御棒より格段に長寿命化し得る原子炉
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図は本発明制御棒に使用する中性子吸収板１を
示す。この中性子吸収板１は、十字状断面のタイ
ロツドの各脚に細長いＵ字状断面のシースを取付
けて構成したウイング内に装填されるものであ
り、ハフニウム（Hf）製の長寿命型中性子吸収
材のウイング巾とほぼ等しい巾で、ウイング全長
とほぼ等しい長さの板材に、下記の如く透孔また
は凹入部を形成して構成されている。

以下に透孔または凹入部の配置の仕方について
説明する。第２図Ａは軸方向に一様な反応度分布
の従来の制御棒を用いて原子炉を運転した時の原
子炉停止余裕（未臨界度）の炉心軸方向分布を示
している。この図から、未臨界度は炉心上・下端
において大きく、上端より若干下つた位置で最小
であることがわかる。炉心軸長をＬとした時、下
から3/4Ｌ〜Ｌの炉心上部は運転時のボイド率が
高く出力密度がやや低くなるため、核分裂性物質
であるＵ−235の残存量が比較的多く、またボイ
ド率が高いことからPu−239の生成率が高くな
る。

そのため、原子炉の運転後炉心上部の核分裂性
物質の濃度が高くなり、その部分の原子炉停止余
裕が低下するのである。

原子炉停止余裕（ 炉停止余裕）は原子炉の停
止能力をはかる目安として設計上、運転特性上重
要な量であり、原子炉停止中に最も反応度効果
（反応度価値ともいう。）の大きな制御棒を１本引
き抜いても原子炉が臨界未満に保たれていると
き、原子炉は炉停止余裕があるという。炉心が臨
界をどれだけ超過しているかを表わす尺度として
炉心の反応度が用いられる。

一般的な概念での原子炉停止余裕は未臨界度と
ともに場所の依存性は考慮されていないが、実機
炉心では未臨界度は第２図Ａに示すように炉心軸
方向に一様ではなく、場所依存性がある。また、
原子炉停止余裕、実機原子炉では、制御棒の構成
や組成を同じにしても炉心位置や炉心位置の組成
変化によつて変化する。

そして、制御棒挿入で原子炉が停止していると
きのように、原子炉が特定されると、未臨界度は
制御棒反応度価値が大きいほど大きく（深く）、
かつ炉停止余裕も大きくなり、炉停止余裕は未臨
界度に１付１に対応する。このような対応関係か
ら、本発明では炉停止余裕に場所依存性（局所効
果）を取り入れ、場所依存性を備えた未臨界度に
対応させて炉停止余裕を定義している。

本発明においては上記したような炉心軸方向未
臨界度分布を考慮して、中性子吸収板１の透孔ま
たは凹入部の径、分布を定める。

すなわち、第２図Ｂに示すように、同図Ａの未
臨界度軸方向分布曲線を粗く近似した折線状に、
板材を削取る。第１図において、中性子吸収板１
の上端近傍の部分には多数の小透孔２を設けて、
第２図Ｂにで示す如く最大量の削取りを行う。
またその下方、下端から3/4Ｌの位置までは小径
の円形凹入部３を設けて板材の削取り量が第２図
Ｂの量になるようにする。さらにその下方、下
端からL/2の位置までは小径の円形凹入部４を多
数設けて板材を削取り、第２図Ｂのの削取り量
となるようにする。また、その下方、下端までは
大径の円形凹入部５を多数設けて板材を削取り、
第２図Ｂのの削取り量となるようにする。

上記の如くすることにより、中性子吸収板１
は、その炉心軸方向反応度を原子炉停止余裕の小
さい所では大きく、大きい所では小さくなるよう
に炉心軸方向に、分布させることができる。

上記の中性子吸収板をウイング内に装填して成
る本発明制御棒においては、中性子吸収体として
長寿命でしかも中性子吸収により生成した核種が
中性子を吸収し易い、Hfを使用しているので、
前記開示の制御棒より格段に長寿命化することが
できる。

また、透孔２または凹入部３，４により中性子
吸収板の炉心軸方向反応度分布を調整してあるの
で、本発明制御棒によれば第２図Ｃに実線の曲線
Ｃで示すように、炉停止余裕の炉心軸方向分布は
ほぼ一様とすることができる。

さらに、本発明においては、中性子吸収板を全
長にわたり一様の反応度とすることなく、必要な
部分に必要な量の長寿命型吸収材を配置している
ので、高価で密度の大きな長寿命型吸収材の使用
量を減殺することができ、制御棒の重量、価格の
増大を最小限とすることができる。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されな
い。例えば、板材の削取りは板材の全長にわたり
円形の透孔のみ、または凹入部のみによつて行つ
ても、それらの併用によつて行つてもよい。

さらに、長寿命型中性子吸収材によりシースを
形成し内部を水の入る空間とした制御棒にも本発
明を適用することができる。

また、前記した実施例において、中性子吸収板
に長手方向または長手方向に対し斜めの切目を入
れ、制御棒の剛性を適度に設定するようにしても
よい。

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、ウイング内にハフニウム製の長寿
命型中性子吸収板を配置し、この中性子吸収板の
板材削取り量を、透孔あるいは凹入部の径や分布
数により調節し、炉停止余裕を炉心軸方向にほぼ
一様化し、必要な部分に必要な量の長寿命型吸収
材を配置しているので、高価で密度の大きな長寿
命型吸収材の使用量を大幅に減量させることがで
き、制御棒の重量、価格の増大を最小限とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例要部の正面図、第２図
Ａ，Ｂ，Ｃは本発明の構成、効果を説明するため
の線図である。 １……中性子吸収板、２……透孔、３，４，５
……円形凹入部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ウイング内にハフニウム製の長寿命型中性子
   吸収板を装填し、前記中性子吸収板には透孔また
   は凹入部を設け、上記中性子吸収板は炉停止余裕
   の炉心軸方向分布が小さくなる部位では小量の板
   材削取りを、また大きくなる部位では大量の板材
   削取りを行なうように透孔または凹入部の径およ
   び分布数を定めたことを特徴とする原子炉用制御
   棒。