JPH026789A - 原子炉の制御棒 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多数の吸収材プレートを含み、これらの吸収
材プレートが制御棒の中心線に沿って互いに連結され、
又夫々多数の穿孔されたヂＡ７ンネルを設けられていて
、これらのチャンネルが前記制御棒の中心線に少なくと
も実質的に垂直に伸長して、炭化ホウ素又はその他の吸
収材を含んでおり、これが照射を受けて膨張して制御棒
の周囲との連通を遮断するようになされている原子炉の
制御棒に関する。

本発明は又穿孔されたチャンネル内の吸収材の膨張及び
これに関連して生ずるチＡ７ンネルの廻りの構造相打の
応力腐食に関連する有害な処理状態に対抗する為の処置
に関する。

［従来の技術］ 上述の種類の制御棒は米国特許第３．／１１８゜００８
号（ヘルマン）にＪ：って公知である。この制御棒の夫
々の吸収材プレートは制御棒の中心線に平行な縁部を設
けられ、この縁部には、種々の異なるチャンネルに開放
されて連通し、これらのチＡ７ンネルの間のガスの流れ
を許すように細長い空間が配置されている。制御棒の中
心線から断れた方に向く縁部にて、この縁部は吸収材プ
レート内にある外方に向かって閉じたスロットを含み、
これの中に長手方向のバーがスロットの底部のチャンネ
ルのオリフィスと接触するように配置されている。

炭化ホウ素が中性子の照射を受（プると、ヘリウムガス
が形成される。制御棒内の吸収材プレートは均一な照射
を受しブないから、発生されるガスの量は吸収材を有す
る種々のチャンネル内で異なる。

上述の公知の制御棒に於ては、説明されているように、
種々のチャンネルの間のガスの流れを許す縁部によって
チャンネルを封止しているから種々のチャンネル内に生
ずるガス圧力の均等化が得られるのである。

炭化ホウ素の中性子照射は又炭化ホウ素の膨張を生じざ
ぜる。チャンネル内の吸収材の膨張は吸収材を取巻くチ
ャンネルの廻りの構造材料、即ち制御棒が作られている
材料に応力腐食を生じさせる。応力腐食によって生ずる
構造材料内の亀裂の危険は照射の増大及び吸収材の膨張
の増大と共に増大する。若し亀裂がチャンネル内に生ず
ると、公知の場合には粉末の形態の炭化ホウ素の移動が
チャンネルの空間から生じ、チャンネル内の炭化ホウ素
が空になされるのである。更に、吸収材の移動は説明さ
れた制御棒内で他の隣接して配置される、損傷を受けて
いないチャンネルから生じ、特に縁部に最も近い位置に
ある範囲で生ずる。何故ならばこの縁部は損傷を生じた
チャンネルから損傷を受りていないチャンネルへの液体
の移動及び損傷を受りていないチャンネルから損傷を受
けたチャンネルへ、及びここから周囲の環境への吸収材
と一緒の液体の移動を効果的に閉止するからである。吸
収材の膨張によって生ずるこれらの経過状態は特開昭６
１−７６９８３号（アーリンダその他）に記載されてい
る。上述の経過状態に対抗する為にハフニウム又はその
他の金属吸収材料本体がチャンネルの外方に向く部分の
炭化ホウ素又はその他の粉末状吸収材の外側に配置され
るのである。この金属吸収材料本体はこれとチャンネル
の内壁との間に間隙を形成し、この間隙がガスの通過を
許すが、ヂＡ７ンネルから出る粉末状吸収材の通過を閉
止するのである。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上述の従来技術の欠点を排除する為の、吸収材
が照射を受りて膨張して制御棒の周囲との連通を遮断す
るようになされた原子炉の制御棒を提供することを目的
とする。

本発明は又穿孔されたチャンネル内の吸収材の膨張及び
これに関連して生ずるチャンネルの廻りの構造材料の応
力腐食に関連する有害な処理状態に対抗する方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するだめの手段及び作用］本発明は上述の
有害な処理状態が吸収材プレートの表面に近く配置され
る部分が受ける腐食性の境界の影響に比較して内側の部
分が腐食性の環境の影響を受（）ないような吸収材プレ
ートの特性を利用することによって解消されるとの認識
を基礎にしているものである。

本発明によって行われる処置は、少なくとも吸取材プレ
ートの前述のような有害な経過状態を生ずる範囲内に夫
々のチャンネルを配置し、吸収材が、吸収材プレートの
表向に対する距離よりも隣接するチャンネルに対して更
に小さい距離にあるようになずことを含んでいる。

このようにして炭化ホウ素の膨張が腐食性媒体に接触し
ない構造材料によって排除され、これによってチャンネ
ルの廻りの構造材料の亀裂の形成の危険を最少にな１−
のである。

又チＡ７ンネルを隣接するチャンネルに対して、吸収材
の膨張がチャンネルの廻りの構造材料の他の部分に著し
い歪を生じない内に、歪を生じて炭化ホウ素の膨張を受
入れるように短い距離に配置、即ち炭化ホウ素の膨張を
受入れるような隔壁を形成するＪζうになりことが出来
るのである。この場合ヂＡ７ンネルと隣接するチャンネ
ルとの間の距離はチャンネル及び吸収材プレートの表面
の間の距離の半分よりも小さくしなければならない。

更に訂しくは、本発明による制御棒の特徴は、チャンネ
ルを右する吸収材プレートの少なくとも１つの範囲内で
夫々のチャンネルが隣接するチャンネルに対して、吸収
材プレートの表面に対する距離よりも小さい距離に配置
されることである。

本発明の有利な実施形態によれば、夫々のチャンネルは
その一側が吸収材プレートの上述の範囲内で隣接するチ
ャンネルに対して、他側にある隣接するチャンネルに対
するよりも小さい距離に配置、即ちチャンネルが対をな
して互いに側部と側部が並置されるように配置されるの
である。このような実施形態によって次の利点が得られ
る。即ち吸収材の膨張が上述のように有利に除去され、
吸収材の品質が最良の値になされることが出来、吸収材
プレートが必要な機械的剛性を与えられることが出来る
のである。しかし、２つよりも多いチＡ７ンネル、例え
ば３つ及び３つ、又は４つ及び４つを互いに側部と側部
が並置されるように配置することが出来る。

吸収材プレート内の構造材料は例えば５ＩＳ２３５２　
（材料番号１．４３０６及びＤＩＮ　　１７４４０に対
応）又はＳＩＳ　　２３５３（材料番号１．４４３５及
びＤＩＮ　　１７４４３に対応）のような不銹鋼より成
るのが望ましいが、又インコネル６００　（ＩＮＣＯＮ
ＥＬ　６００　）のような他の材料またはその他のニッ
ケルを基材とする合金になすことが出来る。

［実施例］ 本発明は、例として添付図面を参照して以下に詳細に説
明される。

第１図及び第２図に示される制御棒は主として不銹鋼か
ら作られて垂直に配置された連結バー１１により支持さ
れた吸収材部分１２より成っている。吸収材部分１２は
４つの吸収材プレート１３１６より成り、これらの吸収
材プレートは直角な十字を形成し、これの中心線が連結
バー１１の中心線と合致している。吸収材プレートはそ
の中心に凹部１７及び突起部２７を設けられていて、突
起部２７及び突起部２７に隣接して配置された正方形断
面を有する支持ブロック２８で互いに溶接されている。

８＃ｌｌＩ＋の厚さを有するこれらの吸収材プレートは
６＃の直径の孔を穿孔され、１００ｍｍの深さを有する
多数のチャンネル１８（１８ａＣ）を設【プられている
。第１図を更に明瞭にづる為及び以下の説明によって明
らかになるように、これらのチャンネルは実際はチャン
ネルの間に存在する距離を有しないように示されている
。最も強く照射を受（プる最上部のチャンネル１８ａは
チャンネルと同じ長さのハフニウム金属のロッドを充填
されている。ハフニウムは照射を受けても膨張しない。

チャンネル１８ａの下にあるチャンネル１８ｂは、ハフ
ニウム金属の半円筒形本体２１を充填された最外部を除
いて粉末状の炭化ホウ素２０を充填されている。この本
体２１はチャンネルの直径よりも若干小さい直径を有す
る。照射が最も少ない底部に配置されるチャンネル１８
ｃは上述の種類の粉末状の炭化ホウ素を完全に充填され
ている。１８ａ及び１８ｃの型式の２つの隣接するチャ
ンネルの包囲面の間の距離は何れの位置に於ても２ｍで
ある。夫々のチャンネル１８ｂに対して、一方の側部に
於ける隣接するチャンネルに対する距離は０．４ｍ（第
３図でａによってボされた距離）で、他方の側部に於【
プる隣接するチャンネルに対する距離は３．６ｍ（第３
図にｂによって示された距１ｍ）である。制御棒の中心
線から離れる方に向く夫々の吸収材プレートの縁部はス
ロット２２を設けられていて、このスロツＩ〜内にバー
２３が配置されている。このバー２３はその上方部分が
適当にハフニウムによって作られている。このものは全
体的にハフニウムで作られてもよく、少なくともその下
方部分が例えば不ＭＭによって作られることも出来る。

スロット２２内のバー２３の配置及びスロット２２の封
止は第３図から第５図の図示を参照して以下に詳細に説
明される。原子炉の燃料ボックスの間の比較的狭いＩｉ
！１ｌｌｌ！ｉ内に制御棒を案内する為に、１ｌｔｌＪ
御棒の上方部分はインコネルの案内パッド２４を設けら
れている。更に、この制御棒は挿入及び交換の間制御棒
を取扱う為の持、［げハンドル２５を設けられている。

下方部分に於て、制御棒は連結頭部２６をを設（プられ
ていて、これを介してａＩＩ制御棒が駆動機構（制御装
着）に連結されるＪ：うになっている。

第３図は吸収材プレート１５内の多数のチャンネル１８
ｂ及びスロット２２を示していて、この例示的な例では
スロット２２は長さ全体にわたって５．５＃の幅を有す
る。吸収材プレート１５の厚さ、チャンネル１８の直径
及び型式１８ｂの種種のヂＡ７ンネルの間の距１１１ｆ
ｔ　ａ及びｂに関する１述の説明によって、夫々のヂ１
フンネル１８ｂに対してこのチャンネルの包囲面から隣
接するチャンネルの包囲面までの距１１１１ｆ’（ａ）
がこれの包囲面から吸収材プレートの面までの距１１ｆ
ｔ（ｃ）よりも小ざいことが明らかである。第４図及び
第５図から更に明らかになるように、吸収材プレート１
５がガス密の縁部３１、この縁部の内側に配置される長
手方向の空間３２及びスロット２２内に配置されてスロ
ット２２ど同じ幅を有し、空間３２の制限壁部を構成す
る長手方向の凹入部３３を設（プられた長手方向のバー
２３を含む縁部３ｏを有する。

このバー２３は、その幅が既述のように例示的な例で６
ｔｔｒｍの寸法のチャンネルの直径よりも小さいから、
スロット２２の底部のチＡ７ンネルのオリフィス３４を
完全には覆ってはいない。このことはバー２３と、チャ
ンネルが穿孔されていない部分３８（第３図）にあるバ
ー２３と接触するスロワ１〜２２の側壁によってチャン
ネルを位置決めするようになすスロット２２の側壁との
間に間隙３５を形成する結果となり、従って、スロット
２２の側壁は更に厚くなるのである。チャンネル１８ｂ
はチャンネル１８ａ及び１８Ｃと同様に間隙３５を介し
て空間３２と開放された連通状態になされ、粉末状吸収
材の照射によって形成されたガスが吸収材プレート１５
内の種々のチャンネルの間を流れることが出来、圧力の
平衡化が得られるのである。ハフニウム金属の本体２１
及びチＡ７ンネル１８ｂの内壁の間の隙間３５はガスの
流れを許すが、ヂＡ７ンネルから出る吸収材の同時の移
動を閉止するか、又はこれに徹底的に対抗するように働
く。

このようにして、損傷を受【プていないチャンネルから
亀裂を生じたチャンネルへの吸収材の移動及びここを通
って制御棒の周囲に移動することが阻止され、または対
抗するように働くのである。従って、間隙３６（チャン
ネル１８ｂの内壁及び本体２１の表面の間の距＠）は間
隙３５（空間３２の側部に於けるチャンネル３１の内壁
及びバー２３の表面の間の距ｌ１ｌＩ）よりも薄くなり
、更に附加的に長くなるのである。間隙３６は又空間３
２の断面よりも薄くなり、即ち縁部に位置するガスの移
送通路Ｊ：りも薄くなるのである。

吸収材プレートを製造するに際して、チャンネル１８は
平行平面プレートの縁部がら穿孔される。

その後で、スロット２２が切削加工される。チャンネル
に吸収材を充填した後で、バー２３がスロット２２内に
配置され、最初から直線的なスロット２２の側壁がバー
２３に対して押圧されて端面にて共に溶接されてガス密
の縁部３１を形成する。

溶接接合部は３７で示されている。又吸収材プレートの
頂部及び底部の端部に於て、スロット２２は溶接接合部
によって封止されるのである。

本発明は、膨張する吸収材として炭化ホウ素の使用に関
連して詳細に説明されたが、本発明は又酸化物又は他の
化合物の形態のユークロピウムのような他の公知の吸収
材を使用するものにも応用出来る。勿論、又ハフニウム
本体が若干の吸収材プレートの最外部に配置されていな
い制御棒にも応用出来る。

［発明の効果］ 本発明は順次のように構成されているから、チャンネル
内の炭化ホウ素又は吸収材の中性子照射によって生ずる
吸収材の膨張が惹起させるチャンネルの廻りの栴造林判
の応ノｊ腐食を及びこれによる構造月利の亀裂の危険を
閉止する原子炉の制御棒及び吸収材の品質を最良の伯に
なし、吸収材プレー１〜の必要とづる機械的剛性を達成
出来る優れた方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部断面どした本発明による制御棒の側面図。 第２図は第１図の断面線Ａ−Ａによる本発明による制御
棒の断面図。 第３図は制御棒から外方に向く吸収材プレートの縁部の
内側の制御棒の中心線に平行な断面図。 第４図及び第５図は夫々第３図の断面線Ｂ−Ｂ及びＣ−
Ｃによる断面図。 １１・・・・・・連結バ １２・・・・・・吸収材部分、 １３−１６・・・・・・吸収材プレート、１７・・・・
・・凹部、 １８．１８ａ〜１８ｃ・・・・・・穿孔されたチャンネ
ル、 ２１・・・・・・ハフニウムの本体、 ２０・・・・・・吸収材即ち炭化ホウ素、２２・・・・
・・スロット、 ２３・・・・・・バー ２４・・・・・・案内パッド、 ２５・・・・・・持上げハンドル、 ２６・・・・・・連結頭部、 ２７・・・・・・突起部、 ２８・・・・・・支持ブロック、 ３０・・・・・・縁部、 ３１・・・・・・ガス蜜の縁部、 ３２・・・・・・空間、 ３３・・・・・・凹入部、 ３４・・・・・・空間、 ３５．３６・・・・・・間隙、 ３７・・・・・・溶接接合部、 ３８・・・・・・チャンネルが穿孔されていない部分。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の吸収材プレート（１３−１６）を含み、こ
   れらの吸収材プレートが制御棒の中心線に沿つて互いに
   連結されて、夫々多数の穿孔されたチャンネル（１８ａ
   〜１８ｃ）を設けられており、これらのチャンネルが前
   記制御棒の中心線に少なくとも実質的に垂直に伸長して
   、炭化ホウ素又はその他の吸収材（２０）を含んでおり
   、これが照射を受けて膨張し、前記制御棒の周囲との連
   通を遮断するようになされている原子炉の制御棒に於て
   、１つの吸収材プレートの少なくとも１つの範囲内で夫
   々のチャンネル（１８ｂ）が隣接するチャンネルに対し
   て、前記吸収材プレートの表面に対する距離（ｃ）より
   も更に小さい距離（ａ）に配置されていることを特徴と
   する原子炉の制御棒。
2. （２）前記吸収材プレートの前記少なくとも１つの範囲
   内で夫々のチャンネル（１８ｂ）がその両側の内の一方
   の側部に隣接するチャンネルに対して、他側で隣接する
   チャンネルに対する距離（ｂ）よりも更に小さい距離（
   ａ）に配置されていることを特徴とする請求項１記載の
   制御棒。
3. （３）前記吸収材プレートの前記少なくとも１つの範囲
   内で夫々のチャンネル（１８ｂ）が隣接するチャンネル
   に対して、前記吸収材プレートの表面に対する距離（ｃ
   ）の半分よりも小さい距離（ａ）に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の制御棒。