JPH02304394A - 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制御する原子炉用制御棒に係
り、特に径方向に反応度価値の勾配を設け、挿入時の出
力分布の平坦化を図った原子炉用制御棒に関する。

（従来の技術） 従来の沸騰水型原子炉用制御棒は中央タイロッドに細長
いＵ字状シースを固着して形成した複数個のウィング内
に多数の中性子吸収棒を装填して構成されている。中性
子吸収棒は例えばステンレス鋼製被覆管内に中性子吸収
材としてボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）粉末を充填して調
製される。充填されたＢ４Ｃは原子炉内において中性子
を吸収して中性子吸収能力が次第に失われる。

ところで、原子炉の炉心に挿入または抜出される制御棒
はその全領域に亘って一様な中性子照射を受けるもので
はなく、例えばウィングの側縁領域または上端領域は強
度の中性子線を受ける。このため、制御棒の各ウィング
の側縁および上端領域に配設した中性子吸収棒は多量の
中性子を吸収し、他領域の中性子吸収棒より早期に核的
寿命を終える。したがって、他の領域に配設された中性
子吸収棒が充分核的寿命を残しているにも拘らず制御棒
を放射性廃棄物として排気しなければならない不経済性
があった。

そのような問題を解決するために強度の中性子照射を受
ける制御棒の領域に核的寿命が長い、例えばハフニウム
のような長寿命型中性子吸収体を部分的に配置した原子
炉用制御棒が開発された。

この原子炉用制御棒は特開昭５３−７４６９７号公報に
開示されている通り、通常型制御棒の２倍程度の寿命が
確保された。

その後、原子炉の高燃焼度運転、長期連続運転への移行
が希求され、制御棒の超寿命化に対する要請も一段と高
まったことに応えて、特開昭６２−２３５５９５号公報
に記載されたように飛躍的に寿命を延伸できる長寿命タ
イプの原子炉用制御棒が開発された。

この原子炉用制御棒は中性子吸収材としてＢ４Ｃを使用
せず長寿命を有するハフニウム金属板等の金属中性子吸
収板をシース内に対向して配設した構造を有している。

（発明が解決しようとする課題） こ、のハフニウム板トラップ型の原子炉用制御棒によれ
ば、従来のように８４Ｃを充填した被覆管を必要とせず
、長寿命を有するハフニウム板を使用しているため、制
御棒自体の寿命は格段に延伸する。ところが、ハフニウ
ムは中性子吸収能力が８４Ｃと比較してやや劣り、また
比重が高い。そのため、従来の制御棒と同等の中性子吸
収機能を確保するためには厚みのあるハフニウム板を装
着する必要がある。したがって、制御棒の重量が大幅に
増加し、荷重設計の変更を要することとなり、既設の制
御棒駆動機構にそのまま採用できない課題があった。

その課題を解決するために、シース内に対向して配設さ
れるハフニウム類の中性子吸収板の間に減速材である水
を流通せしめる流路を形成して、減速材による中性子減
速効果を利用することが提案されている。すなわち、流
路に水を流通せしめると水の中性子減速効果によって制
御棒の反応度価値が向上する。したがって、相対的に中
性子吸収材としてのハフニウム板の厚さを低減すること
ができる。

この結果により、中性子吸収板の間に形成される流路の
幅を最大限に確保する一方、ハフニウムで形成した中性
子吸収板の厚さを極限まで低減し、制御棒の総重量の増
加を可及的に抑制したことにより従来の制御棒駆動機構
に採用することが可能となった。

ちなみに、この原子炉用制御棒の実物大模型（モックア
ツプ）を組み込んだ臨界実験装置を使用して、機能およ
び動作状況を確認した結果、制御棒のシース内に配設し
た２枚のハフニウム製中性子吸収板の間に形成した減速
材の流路の幅が広いほど制御棒の反応度価値が上昇する
ことが実証された。すなわち、流路の幅を拡大する程、
ハフニウム板の板厚を低減することが可能となり、制御
棒の全重量を低減する方向で検討が進められている。

しかしながら、従来公知のハフニウム板トラップ型原子
炉用制御棒は中性子吸収体の間の幅が制御棒の径方向に
ついて一定であり、制御棒の反応度価値も同方向につい
て一様であるため、制御棒を挿入した際、径方向に出力
の勾配が生じる。

その際、制御棒に近い燃料棒はど出力が低くなるが、燃
焼度が進まないことと、スペクトルが硬くプルトニウム
が多く蓄積することから、制御棒を引抜いたときは逆に
制御棒に近い燃料棒はど出力が高く、即ちピーキングが
大きくなり、線出力密度や最小限界出力比が厳しくなる
課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ハ
フニウム板トラップ型制御棒を用い、中性子吸収体の重
量増加および寿命の短縮をもたらすことなく、制御棒挿
入時の出力分布の平坦化を実現する原子炉用制御棒を提
供することにある。

［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先端構造材と末端構造材
とを中央タイロッドによって結合し、記中央タイロッド
の各突出部に略Ｕ字状断面を有するシースを固設してウ
ィングを形成し、前記シース内に板状の長寿命型中性子
吸収体を収容し、前記中性子吸収体は前記ウィングの肉
厚方向に対向して配設される複数の中性子吸収板で形成
され、対向する中性子吸収板の間に減速材が流通する流
路を形成するものにおいて、前記流路の幅はウィングの
中央部から外側端部へ向かって次第に広くなるように形
成されていることを特徴とする。

（作　用） 本発明に係る原子炉用制御棒はシース内に板状の長寿命
型中性子吸収板を配設しているため制御棒の核的寿命が
長い。

また、中性子吸収体はシース内の肉厚方向に対向して配
設され、その間に減速材の流路を形成しており、減速材
による中性子減速効果を前記流路の幅によって変化させ
ているため中性子吸収板の厚さを増減する必要がない。

したがって、中性子吸収体の重量増加および寿命の短縮
をもたらすことなく、制御棒径方向における反応度価値
の勾配を得ることができる。

（実施例） 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。

第１図は本発明に係る原子炉用制御棒を概略的に示す全
体斜視図であり、この原子炉用制御棒１はハンドル２を
備えた先端構造材３と末端構造材４とを横断面十字状の
中央タイロッド５で一体的に接合している。中央タイロ
ッド５の各突出部には深いＵ字状横断面を有するステン
レス鋼で形成したシース６が固設されてウィング７が形
成される。

前記シース６内にはハフニウム（Ｈｆ）金属板等を代表
とする板状の長寿命型中性子吸収体８が収容される。

この中性子吸収体８は第２図に例示するようにウィング
７の肉厚方向に対向して配設され、２枚の中性子吸収板
８ｂの間には減速材が流通する流路ｌＯが形成されてい
る。流路１０の幅は第４図に示すようにウィング７の中
央部から外側に向かって次第に広くなるように中央部の
スペーサ９ａと、この中央部のスペーサ９ａの両側に設
けられる側部スペーサと９ｂによって形成されている。

この両スペーサ９は複数の中性子吸収板８ｂを係合支持
する中央部スペーサ９ａと、中性子吸収板８ｂをシース
６の内側に支持する側部スペーサ９ｂとからなっている
。

側部スペーサ９ｂの形状の一例は第３図すに示されるよ
うに台形本体の片側斜面上に支持脚９Ｃが突設され、こ
の支持脚９Ｃが４図に例示されるように中性子吸収板８
ｂに形成された孔１１に緩く挿入されており、シース６
と接触する面９ｄは内壁に溶接等により固定される。

一方、中央部スペーサ９８の形状の一例は、第３図１に
示されるように台形本体の両側斜面上に支持脚９ｃが突
設され、この支持脚９ｃが第４図に例示されるように中
性子吸収板８ｂに形成された孔ＩＩに緩く挿入されてお
り、支持脚９ｅの表面は支持脚９Ｃの表面と溶接等によ
り固定される。

スペーサの形状は、第３図ａおよびｂに示したように多
角形状でもあるいは曲面形状でもよく、また支持脚９ｅ
、９ｅとそれ以外の部分のどちらか一方が多角形状ある
いは曲面形状でもよい。

各段の中性子吸収要素８１の対向する中性子吸収板８ｂ
に形成された孔１１は支持脚９ｅおよび９ｃより大径に
形成され、温度変化による伸縮を吸収できるようになっ
ている。

この中央部スペーサ９ａｌこより対向する中性子吸収板
８ｂがシース６内に支持されるとともに、中性子吸収板
８ｈ内に減速材を案内する偏平な間隙１０が形成され、
この間隙１０が減速材流路として形成される。

沸騰水型原子炉おいて、燃焼がある程度進んだ燃料集合
体の径方向の相対出力密度は、制御棒を挿入しない場合
には第６図ａに、一方制御棒を挿入した場合には第６図
すに示したように代表的に表される。

なお、第５図すおよび第６図りはそれぞれ燃料集合体１
２．１２間に挿入された制御棒１のウィング７と燃料棒
１３との配置関係を示している。

第５図１の曲線Ａは制御棒を挿入しない状態において径
方向に略平坦な出力密度を有している状態を示している
。

一方、制御棒を挿入すると第６図ａの曲線Ｂの通り、ウ
ィング７の中央タイロッド５に近い燃料棒はど出力が低
くなるが、燃焼度が進まないこととスペクトルが高くプ
ルトニウムが多く蓄積することから制御棒を引抜いた場
合には逆に出力が高く、即ちピーキングが大きくなる。

その結果、線出力密度および最小限界出力比が厳しくな
る。

本実施例によれば中性子吸収板８ｂはシース６なの肉厚
方向に対向して配設され、その間に減速材の流路１０を
形成している。その流路１０の幅はウィング７の中央部
から外側に向かって次第に広くなるように形成されてい
る。減速材による中性子減速効果を利用することによっ
て中性子吸収板８ｂの厚さを増減することなく、ウィン
グ７の中央部から外側端部へ向かって高くなる制御棒の
反応度価値の勾配を作ることができる。したがって、高
価で重量の大きな中性子吸収体８の使用料の増加および
寿命の短縮をもたらすことなく、制御棒挿入時の出力分
布の平坦化を図り、制御棒引抜時におけるピーキングを
従来より低くおさえることが可能となる。

［発明の効果］ 本発明によれば、減速材による中性子減速効果を利用す
ることによってウィングの中央部から外側端部へ向かっ
て高くなる制御棒の反応度価値の勾配をつくることがで
きる。

したがって、中性子吸収体の重量増加および寿命の短縮
をもたらすことなく、制御棒引抜時において、制御棒に
近い燃料棒のピーキングを従来より低くおさえることが
可能となる。

【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
斜視図、第２図は第１図におけるＩ−１矢視線に沿って
切断して示す横断面図、第３図ａおよび第３図すは第２
図におけるスペーサをそれぞれ示す斜視図、第４図は第
２図におけるウィングを部分的に拡大して示す横断面図
、第５図ａは燃焼がある程度進んだ燃料集合体に制御棒
を挿入しない状態において得られる径方向相対出力密度
を示す特性図、第５図すは第５図ａに対応する燃料集合
体とウィングとの関係を示す配置図、第６図ａは燃焼が
ある程度進んだ燃料集合体に制御棒を挿入した状態にお
いて得られる径方向相対出力密度を示す特性図、第６図
すは第６図１に対応する燃料集合体とウィングとの関係
を示す特性図である。 １・・・原子炉用制御棒 ２・・・ハンドル ３・・・先端構造材 ４・・・末端構造材 ５・・・中央タイロッド ６・・・シース ７・・・ウィング ８・・・長寿命型中性子吸収体 ８１・・・中性子吸収要素 ８ｂ・・・中性子吸収板 ９・・・スペーサ ９！・・・中央部スペーサ ９ｂ・・・脚部スペーサ ９Ｃ・・・支持脚 ９ｄ・・・接触面 ９ｃ・・・支持脚 １０・・・流路 １１・・・孔 １２・・・燃料集合体 １３・・・燃料棒 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 事　１　　日 茅２、図 ＄　３　図（Ｇ） ｆ′ 撃３　回（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端構造材と末端構造材とを中央タイロッドによって結
   合し、前記中央タイロッドの各突出部に略Ｕ字状断面を
   有するシースを固設してウィングを形成し、前記シース
   内に板状の長寿命型中性子吸収体を収容し、前記中性子
   吸収体は中央タイロッドの軸方向に複数段の中性子吸収
   要素に分割され、各段の中性子吸収要素は前記ウィング
   の肉厚方向に対向して配設される複数の中性子吸収板で
   形成され、対向する中性子吸収板の間に減速材が流通す
   る流路を形成する一方、前記流路の幅はウィングの中央
   部から外側端部へ向かって次第に広くなるように形成さ
   れることを特徴とする原子炉用制御棒。