JPH03261894A

JPH03261894A - 加圧水型原子炉用出力制御棒

Info

Publication number: JPH03261894A
Application number: JP2058135A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Ichida; 市田　裕和; Hisaharu Sato; 佐藤　寿春
Original assignee: Mitsubishi Atomic Power Industries Inc
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1991-11-21

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、加圧水型原子炉用の出力制御棒に関し、特に
、異種の中性子吸収材を用いるハイブリッド型制御棒に
関するものである。

［従来の技術］一般に加圧水型原子炉において使用されている制御棒集
合体は、良く知られているように、制御棒駆動装置によ
って駆動されるスパイダに複数本の制御棒を吊設して構
成されている。この制御棒を制御棒駆動装置により駆動
して、原子炉に装荷されている燃料集合体中の制御棒案
内シンプルに挿入したり、同案内シンプルから引き抜く
ことにより、炉心の反応度が制御される。

第５図及び第６図は、かかる制御棒の典型的な従来例の
長手方向及び直径方向の断面図をそれぞれ示すもので、
制御棒１は、両端を封止されたステンレス鋼製の被覆管
２を備え、該被覆管２内に、ばね３で押圧された中性子
吸収材４を収容している。中性子吸収材４は、銀−イン
ジウム−カドミウム（八ｇ−Ｉｎ−Ｃｄ）合金からなり
、その組成化は重量％で８０−１５−５が典型的である
。

［発明が解決しようとする課題］当業者にとって容易に了解されるように、近時、炉心は
高燃焼度化・長期サイクル化の傾向にあり、サイクル末
期には高温零出力時における炉心の軸方向出力分布が上
側に歪むため、熱流束熱水路体数（Ｆ、）等が大きくな
ることが知られている。また、高燃焼度化・長期サイク
ル化に伴い、炉心の中性子束エネルギ分布が高速側にシ
フトするために制御棒の中性子吸収能力が低下し、炉心
の反応度停止余裕が減少する。かかる状況下において、
制御棒の飛び出しや主蒸気管破断等の想定される事故が
起きると、単一種の中性子吸収材からなる上述した従来
の制御棒では、熱流束熱水路係数（Ｆ、）及び制御棒価
値（Δｐ）が厳しくなり、また、反応度停止余裕も制限
値に対して余裕のない結果となることが予想されている
。

従って、本発明の目的は、炉心の安全性を確保するため
に、サイクル末期においても炉心の軸方向出力分布の平
坦化を図ることができ、しかも反応度停止余裕を増大で
きる加圧水型原子炉用出力制御棒を提供することである
。

［課題を解決するための手段］この目的を達成するために、本発明は、被覆管と、該被
覆管内に封入された中性子吸収材とを有する加圧水型原
子炉用出力制御棒において、前記中性子吸収材は、上部
が、中性子吸収能力が相対的に高い第１材料からなり、
下部が、前記第１材料よりも中性子吸収能力が低い第２
材料からなることを特徴とするものである。

第１材料は、天然はう素中の１３１０の比率を高めた（
天然存在比的１８．３　　ａｔ％のものを濃縮）はう素
カーバイト（Ｂ、Ｃ）ベレットでよく、第２材料は、銀
−インジウム−カドミウム（八ｇ−Ｉｎ−Ｃｄ）合金、
ハフニウム、天然Ｂ、Ｃ等から選択することができる。

［作用］冒頭に述べたように、高燃焼度化・長期サイクル化に伴
い、サイクル末期、高温零出力時における炉心の軸方向
出力分布が上側に歪むが、本発明の制御棒では、中性子
吸収材の上部が下部よりも中性子吸収能力が高いため、
軸方向出力分布の歪みを補償し平坦化するように作用す
る。

また、高燃焼度化・長期サイクル化に伴い、般に、炉心
の中性子束エネルギ分布が高速側にシフトするために制
御棒の中性子吸収能力が低下し、炉心の反応度停止余裕
が減少するが、本発明の制御棒では、中性子吸収材の上
部に中性子吸収能力の高い材料を使用しているために、
制御棒全体の中性子吸収能力が増強し、高燃焼度化・長
期サイクル化に伴う反応度停止余裕の減少を補償する。

［実施例］次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明するが、図中、同一符号は同−又は対応部
分を示すものとする。

第１図は、本発明によるハイブリッド型出力制御棒１０
を示しており、この制御棒１０は、従来の制御棒と同様
に、両端が封止されたステンレス鋼製の被覆管１１と、
同被覆管１１内に、コイルばね１２により押圧もしくは
圧縮された状態で収容された中性子吸収材１３とを有し
ている。

本発明の好適な実施例によると、中性子吸収材１３は、
その上部１３ａが天然はう素中のＢ１０の比率を高めた
濃縮ＢＩＧからなるほう素カーバイトＢ、Ｃのベレット
（第１材料）１４ａからなり、下部１３ｂが従来から使
用されている組成比８０−１５−５重量％の＾ｇ−Ｉｎ
Ｃｄ合金１４ｂ（第２材料〉からなる、上部１３ａの第
１材料１４ａは、中性子吸収能力が下部１３ｂの第２材
料１４ｂよりも高いことが肝要である。また、第３図に
示すように、Ｂ、Ｃの構成割合が０．４以上では、サイ
クル末期を示す点線が寝て飽和状態を示すので、Ｂ、Ｃ
の構成割合は４０％程度もしくはそれ以上が適当である
と考えられる。

尚、下部１３ｂの第２材１”ｌ　１４ｂとしては、上述
の＾ｇＩｎ−Ｃｃ１合金に代えて、従来から使用されて
いるハフニウムや、天然Ｂ、Ｃ等の１つから選択した材
料を用いてもよく、また、それ等を中性子吸収能力の低
い順に下か４積み重ねて用いてもよい。

第３図は、上述した構成を有する制御棒１０において、
第１材料１４ａであるＢ、Ｃの構成割合、即ち全中性子
吸収材１３に対するＢ、Ｃの体積比をパラメータとした
時の停止余裕の変化を示している。この図から分かるよ
うに、Ｂ、ＣＭ構成割合零の場合と比較して、即ち中性
子吸収材量てがへｇ−Ｉｎ−Ｃｄ合金からなる従来の制
御棒使用時の停止余裕と比較して、本発明に従って濃縮
ＢＩＯからなるＢ、Ｃを利用した場合には、サイクル初
期だけでなくサイクル末期においても、停止余裕を増大
させることができる。

第４図は、同様に第１材料１４ａであるＢ、Ｃの構成割
合をパラメータとした時の軸方向出力分布歪み即ちアキ
シャルオフセット（Ａ１０）の変化を示している。この
図から分かるように、Ｂ、Ｃ構成割合零の場合と比較し
て、即ち従来型の制御棒使用時のアキシャルオフセット
に比べて、本発明に従って濃縮１３１０からなるＢ４Ｃ
を使用した制御棒１０では、Ｂ、Ｃ１ｌ成割合の適正化
を図ることにより、炉心の軸方向出力分布の平坦化を実
現することができる。

尚、Ｂ４Ｃを用いた場合、軸方向出力分布の平坦化効果
の度合いは、天然はう素中の８１０の濃縮率により決定
される。

本発明は、制御棒の上部に第１材料として濃縮［７１０
からなるＢ、Ｃを使用し下部に第２材料としてへ８Ｉｎ
−Ｃｄ合金を使用した実施例のみについて上に説明した
が、中性子吸収材としては様々なものが周知であり、必
ずしも上記の材料に限定されるものではない。

［発明の効果］以上のように、本発明に従って制御棒の上部に下部より
も中性子吸収能力の大きい中性子吸収材を使用すること
により、従来の制御棒使用時に比べ、燃料サイクルの初
期、末期共に炉心の停止余裕を増大することができるだ
けでなく、炉心の軸方向出力分布の平坦化を図ることが
できるので、軸方向出力分布に依存する炉心の安全性パ
ラメータ（例えば、制御棒飛び出し事故時、主蒸気管破
断事故時等の熱流束熱水路係数Ｆ、等）の制限値に対す
る余籟度が増し、炉心の安全性を確保することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による制御棒の一実施例を示す縦断面
図、第２図は、第１図の■−■線に沿った横断面図、第
３図は、本発明による制御棒を使用した時の炉心の反応
度停止余裕に対するＢ４Ｃ楕戒割合の影響を示すグラフ
、第４図は、本発明による制御棒を使用した時の炉心の
軸方向出力分布に対する８４Ｃ構成割合の影響を示すグ
ラフ、第５図は、従来の制御棒の縦断面図、第６図は、
第５図の■−■線に沿った横断面図である。１０・・・出力制御棒１３・・・中性子吸収材１３ｂ・・・下部１４ｂ・・・第２材料１１・・・被覆管１３ａ・・・上部１４ａ・・・第１材料

Claims

【特許請求の範囲】

被覆管と、該被覆管内に封入された中性子吸収材とを有
する加圧水型原子炉用出力制御棒において、前記中性子
吸収材は、上部が、相対的に中性子吸収能力が高い第１
材料からなり、下部が、前記第１材料よりも中性子吸収
能力が低い第２材料からなることを特徴とする加圧水型
原子炉用出力制御棒。