JPH0234000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は反応度を下げるために原子炉の炉心に
導入する吸収棒に関する。詳細には、本発明は吸
収棒を落下させることなく、炉心内で冷却流体の
流量が著しく低下した場合に炉心へ概ね瞬時的に
負の反応をもたらすことが可能な吸収棒に関す
る。

冷却流体の流量の変動（例えば、原子炉の一次
冷却回路内に冷却流体を循環させるポンプの少な
くとも一つが故障するなど）が検出されると、緊
急系（原子炉の閉鎖またはスクラム系）が自動的
に作動して炉心内の核分裂反応を停止する。しか
しながら、この緊急系は欠陥があることがあり、
また応答時間が長い。

緊急系の作動が先立つ一定時間の間に、温度が
主として炉心内および炉心の出口で上昇する。

高速中性子炉において、炉心は一般に冷却流体
を入れている原子炉容器の底部に載置されてお
り、吸収棒は原子炉容器を閉じているスラブによ
り担持されている。

原子炉容器の熱的慣性（すなわち時定数）は吸
収棒の熱的慣性（すなわち時定数）に比較して大
きいから、前記温度上昇により起こされる原子炉
の種々の要素の相対的な変形は、吸収棒が炉心の
内部へ向かつて移動するようなものとなる。かく
して、負の反応度が炉心内に導入される。

しかしながら、現存の吸収棒の時定数は約１分
であるから、吸収棒の膨張は、冷却流体の温度変
化が一時的にゆつくりした状態のとき、すなわち
特にポンプを制御するモータの電源が故障し、か
つ前記モータの慣性が大きい（やはり約１分）時
にのみ有効に機能する。しかしながら、吸収棒の
膨張により炉心に導入される負の反応度は、ポン
プの慣性が小さい場合には十分には速くはなく、
またかかる負の反応度は、ポンプを炉心の支持体
に接続する配管の破損やポンプの詰まりのよう
に、冷却流体の温度変化が非常に急な状態では効
力がない。冷却流体の温度変化が非常に急な状態
では、スクラム系が、例え正常に機能したとして
も、その作動の前に炉心の出口に激しい発熱が生
じる。

本発明の係る問題は、従来技術による吸収棒の
もつ欠点を有さず、詳細には炉心へ概ね瞬間的に
負の反応度を導入させることが可能な著しく膨張
時定数の低い吸収棒を提供することである。

この目的に対して、吸収棒の伸びを流量の変動
によつて生じる流体圧効果に直接関連づけ、必然
的に極めて遅い、流量の変動による熱的効果に関
連づけないことが提案される。

このように、本発明は反応度を減少させるため
原子炉の炉内へ挿入する吸収棒であつて、吸収部
材を含む棒体部と、該棒体部を吊り下げる棒頭部
とを含み、前記棒体部が下方位置と上方位置との
間で垂直方向に該棒頭部に関して該棒体部を移動
させる接続装置により該棒頭部に吊り下げられ、
零から公称値の間の冷却流体の流量の各値が前記
下方位置と前記上方位置との間の該棒体部の所定
位置に対応し、かつ冷却流体の流量が増大するに
つれて前記所定位置の高さが増すように、該棒体
部が同時的に自重、炉心内で上方へ流れる冷却流
体の流量に応じた可変の流体圧力および前記接続
装置の作用を受けるように構成された吸収棒に関
する。

前述の特徴のために、流体の流量が原子炉の通
常作動に対応する通常値であれば、吸収棒体部は
通常の高位置に保持されており、一方冷却流体の
流量がその流体の力が該棒体部をその高い位置に
保持するのに不十分なところまで低下するや直ち
にその反応度を減少させるよう下方に移動するこ
とが明らかである。

本発明の第１の実施例によれば、前記接続装置
は機械式なものであつて、炉心中の流体の流量が
零であるか、あるいはその通常値に達したかどう
かによつて、下位置と上位置との間で前記棒体部
の自重による重力に対抗して該棒体部を上方へ移
動させるために、前記棒頭部と棒体部との間に設
けられた弾性装置を含む。

これらの弾性装置は、引張り、あるいは圧縮用
らせんばね、あるいは圧縮用の部分と引張り用の
部分との双方を有する二重らせんばねのいづれか
を含むことができる。

第１の実施例によれば、緩衝、即ち吸収部材を
形成する、冷却流体を充てんした空間に弾性装置
を位置させることにより吸収棒体部の垂直方向移
動を緩衝させることができる。

本発明の第２の実施例によれば、接続装置は油
圧式であつて、冷却流体がその表面の下流で循環
し、吸収棒頭部に対して吸収棒体部が下方に運動
する際その断面が減少する少なくとも１個の通路
を含む。詳細には、この通路は棒頭部と棒体部に
それぞれ形成された２つの円錐台状面の間で画成
するか、あるいは、前記頭部の円筒状部分と、前
記体部の円筒状部分とにそれぞれ形成した長方形
の開口を対面させることのいづれかによつて画成
できる。

ポンプの加速中原子炉を閉鎖している際吸収棒
が上昇しないようにするために、該棒が下位置に
あるとき該棒を持上げる流体圧力を減少させる流
体圧式取付具を棒体部に嵌合させることが可能で
ある。該取付具においては、棒体部の入口におけ
る圧力低下は該棒を受入れるスリーブの下部に広
くした部分を介在させることにより減少させられ
る。

本発明を非限定的な実施例と添付図面に関連し
て以下詳細に説明する。

第１ａ図から、本発明による吸収棒１０は、概
略的に１３で示す制御機構において通常その頭部
１２より懸垂されていることが判る。

該制御機構１３は当該技術分野では周知なの
で、ここでは詳細に説明しない。該制御機構は一
方では原子炉の制御を、他方では該原子炉の停止
を制御可能とするということを単に指摘するに止
める。原子炉を制御する際、吸収棒１０は第１図
に示すように制御機構１３に取り付けられ、該制
御機構１３が、部分的に１７で示す炉心に対して
吸収棒を上昇、降下させることができる。原子炉
の停止、あるいは閉鎖を制御したいとき、制御機
構１３は、吸収棒の頭部１２と棒１４とから構成
される組立体を炉心１７中へ落下させるように、
吸収棒１０の取り外しを制御する。また、第１図
は吸収棒１０が炉心に位置したスリーブ１６中を
摺動することを示す、この原子炉は詳細には例え
ばナトリウムのような液体金属１９によつて冷却
される急速中性子炉でよい。

第１ｂ図の左側と右側の半体はスリーブ１６の
孔２６に受入れられた吸収棒１０の上部と下部と
を示す。スリーブ１６の下端は脚部、即ち基部１
６ａで終つており、該基部は炉心の支持体に受入
れられ、高速中性子炉の場合では液体ナトリウム
のような冷却流体をスリーブに供給する。吸収棒
体部１４は円筒形であつて、その高さのほとんど
にわたつて吸収部材１８を含んでおり、この吸収
部材がスリーブ１６の通路２６中へ降下すること
によつて炉心での反応度を減少させることができ
る。スリーブ１６中で流体を上方に循環できるよ
うにするために、前記吸収部材は第１図に示す要
領で、ある数の個々の要素より構成されている。

従来技術による吸収棒においては、一般的に棒
の頭部と体部とは一体につくられ、炉心に対して
吸収棒部材を移動させる唯一の可能性は、これら
２つの部分を通例的に接続しているピンと、スラ
ブの上方に位置した機構に吸収棒の頭部を接続し
ているピンとの膨張によつて得られるものであ
る。このように、炉心において核分裂反応を通常
停止させる装置が故障した場合とか、あるいはこ
の装置が作動（吸収棒を落下させる）する前で
は、詳細には主要ポンプの停止あるいは詰まり、
あるいは炉心の支持体中へ冷却流体をポンプが噴
射するための配管の破損、あるいは破壊により炉
心が発熱すると、反応容器の膨張よりも、吸収棒
の膨張の方を大きくさせる。この膨張により各吸
収部材を炉心中へわづかに降下させることによつ
て炉心における反応度を減少させることができ
る。

しかしながら、かつ前述したように、吸収棒の
膨張に対応する時定数は一般的に約１分なので決
して無視できるものでない。ポンプ用のモータの
電源の故障により流速の変化が発生し、ポンプの
慣性が大きい場合のように炉心中の主要流体流量
が徐々に減少する場合、この時間の遅れは十分短
いといえるが、特にポンプの慣性が小さいか、あ
るいは流量の変化がポンプの詰まり、あるいは主
要流体を炉心の供給支持体へ噴射するために使用
する配管の破損から発生する場合のように、炉心
での流量が急に低下する場合は、前記の遅れは長
すぎる。さらに、後者の場合では、炉の閉鎖装置
が正確に作動したとしても、その応答の遅れは該
閉鎖装置が作動する前に炉心の出口で著しい発熱
を生ぜしめるようなものとなりうる。

本発明によれば、吸収棒部材１４をその頭部１
２に関連して運動できるようにし、前記２個の部
分の間で接続装置１５を位置させ、かつ炉心での
主要流体の流量に感応する流体圧抵抗を前記体部
１４内につくり出すことによつて前述の欠点は明
らかに排除される。詳細には、前記流量がその通
常値に達すると前記体部１４を前記頭部１２に対
して通常位置へ上昇させるために、炉心内で底部
から頂部へと運動する主要流体の流れを使用する
ことが提案される。吸収棒頭部と体部との間の接
続装置１５は、所定の流量に対しては棒体部を静
止させることができる。

第２図に示す実施例によれば、主要流体の流量
に感応する流体圧抵抗の重要部分は体部１４の下
端（第１図参照）で形成されている。さらに、接
続装置１５は頭部１２のカラー、即ちフランジ２
２と、体部１４のカラー、即ちフランジ２４との
間の環状空間に位置したらせんばね２０を含む。
詳細には、該らせんばね２０は吸収棒頭部１２の
環状部分２３の周りで、吸収棒体部１４の管状部
分２５内で、かつカラー２２と２４とに当接する
その下端と上端とにより取り付けられている。こ
のように、第２図に示す実施例においては、ばね
２０は吸収棒体部１４の自重により圧縮されてい
る。炉心における冷却流体の流量が通常値に達す
ると、ばね２０に対する棒体部１４の重量の作用
は減少し、その結果、棒体部１４はその上位置へ
運動する。炉心での流体の流量が低下すると棒体
部は下位置へもつてこられ、この位置では棒体部
は、ばねの作用および自重から生じる対向力のみ
を受ける。距離ｄ分離されたこれら２つの端位置
の間で、吸収棒体部１４は、その高さが流量によ
つて増加する位置をとる。図面に示されているこ
ととは対照的に、吸収棒をその関連した機構によ
りスリーブ中で上昇させても距離ｄは適用可能な
ことは明らかである。この距離ｄは、冷却流体の
流量が著しく減少し、かつ同時に原子炉の閉鎖機
能が故障したときに、炉心へ急速に導入したい負
の反応度の関数として計算される。この目的に対
して、距離ｄは吸収棒が最小の効率をもつ位置、
即ち、該吸収棒がその上位置にあるときを基準に
計算される。さらに、本発明により構成された吸
収棒の数と、それらの炉心中の位置とを考慮す
る。このように、最悪の状態で10^-3の負の反応度
を導入するためには、全ての吸収棒が本発明によ
り構成された場合は距離ｄは約２センチでなけれ
ばならず、吸収棒の中の半分が本発明により構成
された場合は、約４センチでなければならない。

図示していない変形において、ばね２０は第２
図に示すように圧縮ばねの代りに引張りばねとし
うることは明らかである。

同様に、第３図においては、接続装置１５ａは
外側部分２０′ａは圧縮状態で、内側部分２０″ａ
は引張り状態にある二重らせんばね２０ａを含ん
でよいことが判る。詳細には、第１図に示す実施
例のように、吸収棒体部１４ａのカラー２４ａに
ばねの外側部分２０′ａの上端が固定されるとす
れば、ばねの前記部分２０′ａの下端は内側部分
２０″ａの下端に接続され、該内側部分の上端は
カラー２４ａと同一レベルで頭部１２ａの突起部
分２２ａに固定される。この形態により、ばねの
全体長さを増すことなく、該ばねの移動量を増加
させることができる。

第２図と第３図とに関連して上述した実施例に
おいては、吸収棒の頭部と体部との間の可動接続
手段をつくるばね２０と２０ａとは環状空間２
１，２１ａに位置され、該空間の壁は体部１４，
１４ａおよび頭部１２，１２ａに形成されてい
る。この空間の容積は吸収棒体部の占める位置の
関数として変化することになり、断面積が小さく
なつた通路によつて外側と接続されている。空間
２１，２１ａは冷却流体を受入れ、流体の流量が
急に変化した場合の吸収棒体部の何らかのねじれ
や、不規則な移動を阻止する緩衝、即ち吸収装置
を構成する。

炉心を使用している間にその中の流量が偶発的
に増加した場合、吸収棒が飛び出すのを阻止する
必要がある。この目的に対して、吸収棒の寸法は
吸収棒体部の見かけ重量が最大流量において完全
に消去されてしまわないようなものとする。さら
に、吸収棒を突出させるため持ち上げるべき全体
重量は、それがばねの下流に位置した吸収棒の頭
部をも含むため、ばね上に懸垂された棒体部の重
量を上廻るという事実を考慮する必要がある。

さらに、第６図に示す本発明の第２の特徴によ
れば、吸収棒１０がその下位置にあるとき、該棒
を飛び出させる力を減少させるために流体圧式取
付具をスリーブ１６の下部に嵌合させることがで
きる。詳細には、第６図において、吸収棒１０を
受入れるために前記組立体に形成された通路２６
はその下端において広くなつた部分２８を有す
る。冷却流体はスリーブ１６の基部にある通路３
０により、前記部分２８へ入り、矢印で図示のよ
うに、底部から上部へと循環する。さらに、吸収
棒１０の体部１４はその下端において中空であつ
て、基部３２と穿孔側壁３４とを画成している。
このように、通路３０に到達する冷却流体は高度
の圧力低下に遭遇し、体部１４を上方に移動させ
るために、基本的には壁３２の下面に作用する。
この状態を第６図において実線で示す。しかしな
がら、第６図において鎖線で示すように、体部１
４の下部が広くなつた部分２８に位置している
と、冷却流体はより低い圧力低下に遭遇すること
になるので、壁３４の穿孔から体部１４へはより
入りやすくなり、壁３２の上面と作用して、吸収
棒体部１４の上昇に対向する。この状態を第６図
において鎖線で示す。

第４図は本発明の第２の実施例を示し、これに
よれば、接続装置１５ｂはばねによつて構成され
てはおらず、代りに吸収棒頭部１２ｂと体部１４
ｂとの間で冷却流体が通過する断面積が可変の通
路４４によつて形成されている。詳細には、第４
図は体部１４ｂがその上端の近傍で水平のプレー
ト３６を有し、該プレートはその中央において、
底部から頂部へと幅が減少している円錐台形オリ
フイス３８を備えていることを示している。吸収
棒頭部１２ｂは、オリフイス３８を貫通して下方
へ突出し、かつその円錐台形の面４２がオリフイ
ス３８の壁に対して概ね平行であつて、棒体部１
４ｂの頭部１２ｂに対する位置の関数として断面
積が変化する通路４４を画成する中央部分４０を
有する。吸収棒頭部のこの中央部分４０は吸収棒
中を循環している冷却流体の一部を通すことので
きる中央孔４６を有する。流体の残りの部分は通
路４４を通り、該通路の断面積は頭部１２ｂに対
する棒体部１４ｂの垂直位置によつて変わる。次
いで流体はチヤンバ４７へ入り、広い開口４８に
より該チヤンバから出ていく。体部１４ｂと頭部
１２ｂとの間の案内を確実にし、かつ上方向での
棒体部の移動を限定する当接部材を構成するため
に管状部分５２を設けることができる。頭部１２
ｂに対する体部１４ｂの垂直移動は、プレート３
６と当接するよう頭部１２ｂの中央部分４０の下
端に形成されたカラー５０によつてその底部に向
かつて制限される。

第４図から判るように、冷却流体は体部１４ｂ
内を循環し、プレート３６の下面に作用して、流
速がその通常値に達し管状部分５２の端部と当接
するまで体部１４ｂを上方に移動させる。この作
用は通路４４の断面積が比較的小さいためプレー
ト３６の下面と上面との間に差圧ができる結果得
られる。冷却流体の流量が低下すると、これらの
差圧も低下し、体部１４ｂが降下し、かつオリフ
イス３８と面４２とが円錐台状であるため通路４
４の断面積が減少する。流量の低下が過度でなけ
れば、体部は新しい位置で安定し、そのためプレ
ート３６のいずれかの側における差圧も前と同じ
ようになる。しかしながら、流量低下が大きけれ
ば、この均衡が得られず、プレート３６は中央部
分４０の縁部、即ちフランジ５０に当接する。

第２図と第３図とに示す例のように、棒体部１
４ｂの全移動量は、炉心に導入したいと思う反応
度の関数として計算される。このように、この距
離は全ての吸収棒が本発明によつて構成された場
合は約２センチとしうる。オリフイス３８と面４
２との傾斜角をより小さくすることにより、組立
体の高さを修正することなく、前記移動量を増加
させることが可能なことが明らかである。

第５図は第４図に示す実施例の変形を示し、体
部１４ｃと頭部１２ｃとの垂直で、かつ共軸線の
管状部分５８と６０とにそれぞれ形成した長方形
の開口５４と５６とを対面させることにより、体
部１４ｃの頭部１２ｃに対する移動量の関数とし
て、冷却流体の流量を変化させることができる。
次に、体部１４ｃの上端に形成され、該体部の管
状外殻部を管状部分５８に接続している水平プレ
ート３６ｃの下面に冷却流体が作用することによ
つて、体部１４ｃが上方向に保持される。頭部１
２ｃの管状部分６０は管状部分５８と相対運動
し、各端において、体部１４ｃの移動を制限する
当接部分５０ｃと５２ｃとを有する。第４図に示
す例のように、冷却流体が部分的に吸収棒の上方
へ直接通れるようにするために、管状部分６０の
下端には中央開口４６ｃが形成されている。この
開口は吸収棒における冷却流体の流量を消去して
しまうことがないようにするために必要である。

第５図に示す例の作動は第４図に示す例の作動
と実質的に同じである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は吸収棒制御装置によつて炉心の上方
の上位置、即ち高くされた位置に保持された状態
の、本発明による吸収棒を概略的に示し；第１ｂ
図は本発明の第１の実施例を示す、第１ａ図に示
す吸収棒の概略的な断面で、かつ増尺して示す全
体図；第２図は、本発明の第１の実施例により、
吸収棒体部がらせんばねにより棒頭部に接続され
ている。第１図に示す吸収棒頭部と、該吸収棒体
部の上部とを示す拡大図；第３図は、吸収棒体部
が二重らせんばねにより吸収棒頭部に接続されて
いる本発明の一変形を示す、第２図と対比しうる
概略断面図；第４図は冷却流体が、吸収棒の体部
と頭部とにそれぞれ形成された２個の円錐台状面
の間で画成された断面積の小さい通路を流れる、
本発明の第２の実施例による吸収棒の上部の概略
断面図；第５図は、それぞれ吸収棒の頭部と体部
とに固定された２個の管状部分に形成された長方
形の開口により、断面積の小さくされた通路が画
成されている、第４図に示す実施例の変形を示
す、第４図と対比しうる断面図；第６図は、第２
図、第３図、第４図および第５図のいづれかに示
す形式の吸収棒の下部と、該吸収棒を受入れる炉
心組立体の対応部分とを示す概略断面図である。 図において、１０……吸収棒、１２，１２ａ，
１２ｂ，１２ｃ……頭部、１４，１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ……体部、１５，１５ａ，１５ｂ，１
５ｃ……接続装置、１６……スリーブ、１７……
炉心、１８……吸収部材、２０，２０′ａ，２
０″ａ……ばね、２１，２１ａ……環状空間、２
２，２２ａ……フランジ、２４，２４ａ……カラ
ー、２３，２５……管状部分、２６，３０……通
路、３４……穿孔壁、３６，３６ｃ……プレー
ト、３８……オリフイス、４０……中央部分、４
４……通路、４６，４６ｃ……開口、５０，５０
ｃ……カラー、５２，５２ｃ……カラー、５４，
５６……開口、５８，６０……管状部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応度を減少させるため原子炉の炉心内へ挿
   入する吸収棒において、吸収部材を含む棒体部
   と、該棒体部を吊り下げる棒頭部とを含み、前記
   棒体部が下方位置と上方位置との間で垂直方向に
   該棒頭部に関して該棒体部を移動させる接続装置
   により該棒頭部に吊り下げられ、零から公称値の
   間の冷却流体の流量の各値が前記下方位置と前記
   上方位置との間の該棒体部の所定位置に対応し、
   かつ冷却流体の流量が増大するにつれて前記所定
   位置の高さが増すように、該棒体部が同時的に自
   重、炉心内で上方へ流れる冷却流体の流量に応じ
   た可変の流体圧力および前記接続装置の作用を受
   けるように構成された吸収棒。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の吸収棒におい
   て、前記接続装置が機械式であつて、炉心内の流
   体の流量が零であるか、またはその公称値に達し
   ているかの関数として下方位置と上方位置との間
   で、該棒体部の自重による重力に抗して該棒体部
   を上方に移動させるために、該棒頭部と該棒体部
   との間にある弾力装置を含む吸収棒。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の吸収棒におい
   て、前記弾力装置が、端部をそれぞれ該棒体部と
   該棒頭部とに接続したコイルばねにより構成され
   ている吸収棒。 ４ 特許請求の範囲第２項に記載の吸収棒におい
   て、前記弾力装置が圧縮状態の部分と引張り状態
   の部分とを有する二重コイルばねにより構成さ
   れ、前記２つの部分が同心状に配設され、かつそ
   れらの一端によつて相互に接続され、前記各部分
   の他端は、それぞれ該棒体部と該棒頭部とに接続
   されている吸収棒。 ５ 特許請求の範囲第２項に記載の吸収棒におい
   て、前記弾力装置が、冷却流体で充填され、かつ
   吸収、すなわち緩衝装置を形成する空間内に位置
   している吸収棒。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載の吸収棒におい
   て、前記接続装置が流体圧式であつて、冷却流体
   が循環する少なくとも１つの通路を有し、該通路
   の断面積は、該棒体部が該棒頭部に関して下方に
   移動する際減少する吸収棒。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の吸収棒におい
   て、前記通路が該棒頭部と該棒体部の円錐状表面
   の間に画成される吸収棒。 ８ 特許請求の範囲第６項に記載の吸収棒におい
   て、前記通路が該棒体部の円筒状部分および該棒
   頭部の円筒状部分にそれぞれ形成された長円形の
   開口を設けることにより画成される吸収棒。 ９ 特許請求の範囲第１項に記載の吸収棒におい
   て、冷却流体が前記吸収棒を摺動可能に受け入れ
   る通路を有するスリーブ内で上方へ流れ、前記ス
   リーブは前記通路に対して拡張した断面の下端を
   有し、圧力低下が該吸収棒の上昇に対抗する吸収
   棒。