JPH04268491A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中性子を放射すると膨
らむ炭化ホウ素あるいはその他の中性子吸収材を含有す
る細長いチャンネルを含む原子炉用の制御棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】前述の種類の公知の制御棒は多数の吸収
板を含み、該吸収板にはそれに穿設された孔の形態の細
長く水平のチャンネルに粉末の炭化ホウ素が配置されて
いる。

【０００３】その他の公知の制御棒は吸収板において相
互に対して隣接したチューブにおける空の空間の形態の
細長く垂直のチャンネルに粉末炭化ホウ素が配置されて
いる吸収板を含む。

【０００４】公知のフィンガタイプの制御棒においては
、炭化ホウ素は相互に対して離隔関係で配置されたチュ
ーブにおける空の空間の形態の細長く垂直のチャンネル
に配置されている。

【０００５】炭化ホウ素が中性子放射に当てられると、
中性子を吸収し、一方ヘリウムガスを形成させる。この
プロセスでは炭化ホウ素を膨らませ、そのため炭化ホウ
素が位置しているチャンネルの周りの構造材料に応力腐
食を発生させ、従って亀裂の危険性がある。応力腐食に
より発生する構造材の亀裂の危険性は放射をより増大さ
せ、かつ炭化ホウ素の膨らみを増大させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って膨らみによる有
害な結果を防止する手段を講じることが重要である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、中性子
吸収材の膨らみによる有害な作用は排除されるか、ある
いは兎に角著しく阻止され、一方同時に本発明は中性子
吸収材をチャンネルにおける一定の位置関係に保つこと
ができ、従って制御棒の作用を長期間にわたり一定値に
保つことができる。本発明による手段により制御棒の寿
命を著しく延ばす。

【０００８】本発明によれば、少なくとも若干のチャン
ネルにおける中性子吸収材にチャンネルの壁に向かって
突出する部分を設けるとか、あるいは一部がチャンネル
の壁に向かって突出するケーシングに中性子吸収材を配
置させ、前記突出部分がチャンネルの壁との間で中性子
吸収材の膨らみを吸収する非充てんの空間を形成するよ
うにすることにより好ましい結果が得られる。このよう
に、本発明により、中性子吸収材の外側に位置し中性子
吸収材の膨らみを吸収するための十分画成された空間が
得られる。

【０００９】本発明の有利な実施例によれば、突出部分
は例えば隆起の形で細長く、チャンネルの長手方向に延
びる。そのような形状によって壊変してしまった中性子
吸収材が好ましくない要領で堆積しないように阻止しう
る。しかしながら、突出部分は、例えばチャンネルの壁
に対して平行の面においては概ね円形断面であって、相
互に対して離隔関係で配置された出張りから構成しうる
。突出部分はチャンネルの壁に対して平行の平面におい
てチャンネルの壁に向かって中性子吸収材の内部からの
方向において断面が小さくなることが好ましい。そのよ
うな実施例により、中性子は吸収材の表面から捕捉され
るので中性子吸収材の壊変は最初主として突出部分に位
置し、そのため突出部分は徐々に脆弱になり、かつ壊変
し、壊変物の粉末が突起の間で堆積しうるようにする。

【００１０】本発明を添付図面を参照して例示として以
下詳細に説明する。

【００１１】

【実施例】図１と図２とに示す制御棒はステンレスによ
り実質的に作られており、垂直方向に配置された連結棒
によって支持された吸収部分１２から構成されている。 吸収部分は４個の吸収板１３−１６からなり、該吸収板
は直角の十字を形成しており、その中心線は連結棒の中
心線と一致している。吸収板はその中心においてくぼみ
１７と接続部材２７とが設けられ、吸収板は前記の接続
部材と、該接続部材に隣接して位置している四角断面の
支持充てん部材とにおいて相互に接続されている。吸収
板には多数の穿孔チャンネル１８（１８ａ−１８ｃ）が
設けられている。放射線を最もよく受ける最上方チャン
ネル１８ａはチャンネルと同じ長さのハフニウムメタル
の棒で充てんされている。ハフニウムは放射を受けても
膨れない。前記チャンネルの下方に配置したチャンネル
１８ｂは炭化ホウ素で充てんされ、炭化ホウ素は本発明
によればインコネルのばね２１が配置されている最も離
れた部分を除いて配置されている。前記ばねは炭化ホウ
素をチャンネルの底に向かって押圧し、かつチャンネル
の長手方向における炭化ホウ素の膨らみを吸収すること
ができる。ばね２１は例えば延性金属のスリットしたチ
ューブのような可塑変形可能要素と代えてもよい。チャ
ンネル１８ｃは放射を受けるのが最も少ない底部に配置
され、全体的に従来の粉末状炭化ホウ素２０で充てんさ
れている。制御棒の中心線から離れる方向に向いている
各吸収板の縁部にはスロット２２が設けられ、その中に
バー２３が配置されている。前記バーは少なくとも上部
分ではハフニウムメタルであることが適当である。また
全体的に、あるいは少なくとも下部分は例えばステンレ
ス鋼製としてもよい。ばね２１と可塑変形可能要素はバ
ーに溶接することが有利である。スロットにバーを付与
することについては図３から図５までの説明と関連して
詳細に説明する。原子炉の燃料ボックスの間の比較的狭
い空隙で制御棒を案内するために、該制御棒の上部分に
はインコネル製の案内パッド２４を設けている。さらに
、制御棒には挿入および取替えの間制御棒を取扱うため
の持上げハンドル２５を設けている。制御棒の下部分に
は連結ヘッド２６が設けられており、その上で制御棒を
駆動機構（制御棒駆動装置）に接続することができる。

【００１２】図３は吸収板１５における多数のチャンネ
ル１８ｂとスロット２２とを示す。図４と図５とにおい
てさらに明確に示されているように、吸収板はガス密封
縁部３１を含む縁部分３０と、前記縁部内に配置された
長手方向の空の空間３２と、スロットに配置され、スロ
ットと同じ幅で、前記空間３２のための制限壁を構成す
る長手方向くぼみ３３を備えた長手方向のバー２３とを
有する。前記バーは、その幅がチャンネルの直径より小
さいのでスロットの底におけるチャンネルのオリフィス
３４を完全に覆わない。このため、チャンネルが位置し
ている個所ではバーとスロットの側壁との間でギャップ
３５が作られ、チャンネルが穿孔されていない部分３８
（図３）ではスロットの側壁はより厚くされているので
スロットの側壁はバーと接触する。チャンネル１８ａお
よび１８ｃと同様に、チャンネル１８ｂはギャップ３５
を介して空間３２と連通することによって吸収材の放射
によって形成されたガスは吸収板の他のチャンネルの間
を流れ、圧力が均衡しうる。ばね２１がガスを流れるよ
うにしうるのは当然である。

【００１３】吸収板の製作の間チャンネル１８は面が平
行のプレートの縁部から穿孔される。中性子吸収材を、
ばね２１とをチャンネル１８に付与した後、バー２３は
スロットに位置され、最初から真直のスロットの側壁は
バーに対して押圧され、端面において相互に溶接されガ
ス密縁部３１を形成する。溶接部を３７で指示する。ス
ロットは吸収板の頂部と底部とにおいて端部で溶接部に
よりシールされる。

【００１４】図６に示す本発明の実施例においては、チ
ャンネル１８ｂにおける中性子吸収材は、多数の、例え
ば４個の炭化ホウ素の自立性棒２０ａから構成され、該
棒はチャンネルの長手方向において相前後に配置され（
棒の一部を図４にも示す）前記棒はチャンネルの長手方
向に隆起の形で延び、かつ棒自体と丁度同じ長さの突出
した細長い部分２０ａ′を備えている。突出部分とチャ
ンネルの壁との間には非充てん空間４０がある。自立性
棒は炭化ホウ素の粉末を焼結したものから有利に構成し
うる。特に好ましいのは少なくとも１７００℃の炭化ホ
ウ素を焼結する温度と、かつ少なくとも５０Ｍｐａの圧
力で均衡押圧することにより作られる棒である。このよ
うに、理論値に対して９９％以上の棒の取付け密度と、
使用可能空間において適量の炭化ホウ素の使用とを達成
することができる。

【００１５】図７に示す実施例においては、チャンネル
１８ｂにおける中性子吸収材は、例えばニッケル、鉄、
チタン、あるいはジルコニウムのような延性金属製であ
って、隆起の形態で炭化ホウ素の粉末全体にわたってチ
ャンネルの長手方向に延びる突出した細長い部分４１′
と図４において４２で示す面である横端壁とを備えた予
め形成したカプセル４１の形態のケーシングに封入され
た炭化ホウ素の粗くした粉末２０ｂからなる。カプセル
は発生したヘリウムガスを通すように孔をあけることが
好ましい。突出部分４１′とチャンネルの壁との間には
非充てんの空間４０がある。１個のカプセルに粉末を入
れる代りに、チャンネルの長手方向に相前後に配置し、
発生したヘリウムガスを通すように孔をあけることが好
ましい数個の、例えば４個のカプセルに粉末を入れても
よい。カプセルに粗い粉末を封入する代りに、カプセル
に粉末を固めた非焼結塊を１個以上、あるいは粉末を棒
状に固めて焼結した塊を１個以上あるいは棒の形態で高
温平衡押圧した塊を１個以上封入してもよい。また、中
性子吸収材が例えば焼結した塊あるいは高温平衡押圧の
塊のような自立性の塊からなる場合、ケーシングが塊か
ら壊変して分離した製品の粉末をその位置に保持するよ
うに前記塊をケーシングで囲繞することが有利である。 もし塊が自立性である場合には、それぞれの塊によって
支持されるプラズマ噴射あるいは焔噴射層の形態でケー
シングを塊に付与することができる。

【００１６】図８に示す本発明の実施例においては、チ
ャンネル１８ｂにおける中性子吸収材は、炭化ホウ素の
円形円筒形の棒２０ｃの形態でチャンネルの長手方向に
相前後して配置された多数の、例えば４個の自立性の塊
から構成されている。前記棒は大気圧での加熱、従来の
工具による高温押圧あるいは均衡押圧により焼結するこ
とが好ましい。自立性の塊は図７に同じで前述したもの
と同じ種類の予備成形カプセル４１の形態のケーシング
に封入している。図８に示す実施例においては、非封入
空間４３がカプセル４１の内部においても作られる。

【００１７】前述の実施例で使用する炭化ホウ素は通常
２０モルパーセント程度のアイソトープＢ−１０の含有
量を有する天然の炭化ホウ素でよい。アイソトープＢ−
１０に関して濃縮することによりアイソトープＢ−１０
の含有量が全体のホウ素含有量の中少なくとも３０モル
パーセントを構成することが好ましい炭化ホウ素を用い
ることにより炭化ホウ素の使用量並びに制御棒における
空間要件を低減して制御棒のある程度の制御棒作用を得
ることができ、かつある量の炭化ホウ素と、その所定の
空間とにより制御棒作用を増加させることができる。特
にもし粗い粉末の形態で炭化ホウ素が使用されるとすれ
ば、アイソトープＢ−１０に関して濃縮した炭化ホウ素
を使用することは価値がある。炭化ホウ素に関して前述
したことは他のホウ素を含有する中性子吸収材について
も云える。

【００１８】本発明を中性子吸収材として炭化ホウ素を
使用することに関して詳細に説明してきた。本発明はま
た、例えばホウ化ハフニウムのような他のホウ素含有材
料のようなその他の公知の中性子吸収材料の使用に対し
ても適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一例として選択した制御棒の部分的に断面で示
す側面図。

【図２】一例として選択した制御棒の断面図。

【図３】制御棒の中心線から離れる方向に向いている吸
収板の縁部より内側で視た、制御棒に含まれる吸収板の
制御棒の中心線に対して平行に視た断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂに沿って視た断面図。

【図５】図３のＣ−Ｃに沿って視た断面図。

【図６】本発明の実施例における、中性子吸収材を備え
たチャンネルの断面図。

【図７】本発明の実施例における、中性子吸収材を備え
たチャンネルの断面図。

【図８】本発明の別の実施例における、中性子吸収材を
備えたチャンネルの断面図。

【符号の説明】

１８　　チャンネル ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ　　中性子吸収材４０　
　空間 ４１　　ケーシング

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　中性子を放射されると膨らむ炭化ホウ
   素あるいはその他の中性子吸収材を含有する細長いチャ
   ンネルを含む原子炉用の制御棒において、前記チャンネ
   ル（１８ｂ）の中の少なくとも若干のチャンネルにおけ
   る中性子吸収材（２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）には
   チャンネルの壁に向かって突出した部分（２０ａ′）が
   設けられるか、あるいは一部（４１′）がチャンネル壁
   に突出しているケーシング（４１）内に配置されており
   、前記突出部分はチャンネルの壁との間で中性子吸収材
   の膨らみを吸収する非充てん空間（４０）を形成してい
   ることを特徴とする原子炉用制御棒。
2. 【請求項２】　　前記突起部分（２０ａ′，４１′）が
   細長く、チャンネル（１８ｂ）の長手方向に延びている
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御棒。
3. 【請求項３】　　前記突起部分（２０ａ′，４１′）の
   断面はチャンネルの壁に対して平行の平面において中性
   子吸収材の内部からチャンネルの壁に向かって小さくさ
   れていることを特徴とする請求項１または２に記載の制
   御棒。
4. 【請求項４】　　中性子吸収材（２０ａ）が１本以上の
   自立性棒からなることを特徴とする請求項１または２に
   記載の制御棒。
5. 【請求項５】　　自立性棒（２０ａ）が中性子吸収材の
   粉末を焼結したものからなることを特徴とする請求項４
   に記載の制御棒。
6. 【請求項６】　　自立性棒（２０ａ）が中性子吸収材の
   高温均衡押圧された塊からなることを特徴とする請求項
   ４または５に記載の制御棒。
7. 【請求項７】　　チャンネル（１８ｂ）における中性子
   吸収材（２０ｂ）が前記チャンネルにおけるケーシング
   （４１）に配置された粗い粉末からなることを特徴とす
   る請求項１から３までのいずれか１項に記載の制御棒。
8. 【請求項８】　　チャンネル（１８ｂ）における中性子
   吸収材が前記チャンネルにおけるケーシング（４１）に
   配置された粉末を固めた１個以上の塊からなることを特
   徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の制
   御棒。
9. 【請求項９】　　ケーシング（４１）がその中に中性子
   吸収材料（２０ｂ，２０ｃ）が配置されている予め成形
   したカプセルからなることを特徴とする請求項１から８
   までのいずれか１項に記載の制御棒。
10. 【請求項１０】　　中性子吸収材（２０ｂ）が、その上
    に自立性塊によって支持された層の形態のケーシング（
    ４１）が配置されている自立性塊からなることを特徴と
    する請求項１から６までと８のいずれか１項に記載の制
    御棒。
11. 【請求項１１】　　ケーシング（４１）が延性金属材料
    からなることを特徴とする請求項１から１０までのいず
    れか１項に記載の制御棒。
12. 【請求項１２】　　中性子吸収材がアイソトープＢ−１
    ０に関して濃縮されたホウ素含有材料からなることを特
    徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の
    制御棒。