JPH0519673B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は高速増殖炉の制御棒集合体において、
制御棒の下端に設けたダツシユラムと、下部案内
管の下端近傍に設けたダツシユポツトの寸法の狂
いを低減させて、長期間に亘り優れた緩衝機能を
発揮し得る制御棒集合体に関する。

［発明の技術的背景］ 一般に、高速増殖炉の制御棒集合体は第６図に
示すように構成されている。

即ち、下部案内管１の下端部にはエントランス
ノズル２が設けられている。このエントランスノ
ズルは炉心支持板（図示せず）に挿入され、ハイ
ドロリツクホールドダウン等により下部案内管１
の浮き上がりを防止し、これを炉心内の所定位置
に保持する。

下部案内管１内には制御棒３が上下動自在に挿
入されており、この制御棒の上端にはハンドリン
グヘツド４が設けられている。このハンドリング
ヘツド４には制御棒駆動機構（図示せず）の延長
管が連結され、この制御棒駆動機機構によつて制
御棒３が上下に移動され、原子炉の出力を制御す
る。なお、第６図は制御棒３が上方に引抜かれた
状態を示している。

制御棒３の下端には円柱状のダツシユラム５が
突設されており、また、下部案内管１内の下部に
は有底円筒状のダツシユポツト６が設けられてい
る。

制御棒３が炉心内へ挿入され、下降してきた際
には、第７図に示すように、ダツシユラム５はダ
ツシユポツト６内に挿入されるが、この場合、ダ
ツシユラム５の外周面とダツシユポツト６の内周
面との間には所定の間隙７が形成されるように構
成されている。

従つて、原子炉のスクラム時に制御棒３が挿入
された場合には、ダツシユラム５がダツシユポツ
ト６内に進入し、このダツシユポツト内の冷却材
が間隙７から押し出され、その際の抵抗によつて
制御棒３は減速緩衝される。

第８はこのスクラム時における制御棒３の挿入
特性すなわちスクラム特性を示す。同図中、Ａは
制御棒駆動機構内のガス圧あるいはスプリングの
付勢力によつて下向に加速される加速区間、Ｂは
制御棒３が一定速度で下降する下降区間、Ｃはダ
ツシユラム５とダツシユポツト６によつて制御棒
３が減速されて停止する緩衝区間である。

前記したダツシユラム５とダツシユポツト６と
の間の間隙７は制御棒３の全挿入までの時間すな
わちスクラム時間が所定の時間以上とならないよ
うに、かつ停止時の衝撃が所定の値を超えないよ
うにその寸法を設定されている。また、下部案内
管１、制御棒３の構造部材、ダツシユラム５、ダ
ツシユポツト６等は通常、耐食性および耐熱性の
大きなオーステナイト系ステンレス鋼で形成され
ている。

［背景技術の問題点］ 一般に、炉心内にある部材は高速中性子の照射
によつてボイドスエリングを生じ、体積が膨張す
る。このため、ダツシユラム５の外径およびダツ
シユポツト６の内径が次第に変化し、これらの間
の間隙７の寸法が変化する。このため、第８図に
示すスクラム特性のうち、緩衝区間Ｃの特性が変
化する。

通常、上記ダツシユポツト６は炉心の下端に位
置し、温度が低く、しかも中性子照射量が少い
が、制御棒３は通常は引抜状態で使用されるた
め、ダツシユラム５は炉心の中心位置８の近傍に
位置し、温度が高く、しかも中性子照射量も多
い。このため、ダツシユラム５の方がダツシユポ
ツト６よりボイドスエリング量が大きく、従つて
ダツシユポツト６の内径増大量よりダツシユポツ
ト６の外径増大量の方が大きくなる。その結果、
間隙７の寸法が小さくなり、緩衝区間Ｃの時間が
長くなり、スクラム時間が長くなるという欠点が
あつた。

このような欠点を解消するには、ボイドスエリ
ングの影響を見込んでダツシユポツト６とダツシ
ユラム５との間の間隙７をあらかじめ大きくして
おくことも考えられるが、このようにすると、初
期の状態において間隙７が過大となり、充分な緩
衝をなすことができず、スクラム時の衝撃が大き
くなる等の欠点を生じる。

これらの欠点を回避するために、棒材を冷間加
工してダツシユラムを構成する方法も案出されて
いるが、この方法では、使用材料が棒材のため、
冷間加工が表面にしか入らず、また、冷間加工に
対する信頼性にも問題がある。

［発明の目的］ 本発明は背景技術における上述の如き問題点を
解消すべくなされたもので、ボイドスエリングに
よる体積膨張の小さい冷間加工パイプを使用する
ことによつて、安定したスクラム作動を確保でき
る制御棒集合体を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明の制御棒集合体は、下部案内管と、この
下部案内管内に上下動自在に挿入される制御棒の
下部に設けられたダツシユラムと、上記下部案内
管の下部に設けられたダツシユポツトとを備えた
制御棒集合体において、上記ダツシユラムが冷間
加工されたオーステナイト系ステンレス鋼パイプ
と、その下端に溶着されたキヤツプとから成り、
かつ、ダツシユポツトはその全部あるいは一部が
冷間加工を施していないオーステナイト系ステン
レス鋼または上記ダツシユラムに使用されている
オーステナイト系ステンレス鋼パイプよりも小さ
な加工度で冷間加工されたオーステナイト系ステ
ンレス鋼で形成されていることを特徴とするもの
である。

本発明においてはダツシユラムのうち、スクラ
ム時にダツシユポツトに挿入されてダツシユポツ
トとの間で小間隙を形成する部分については、製
造実績が豊富で、しかも照射データが十分に蓄積
されている冷間加工オーステナイト系ステンレス
鋼パイプ材を使用するが、ダツシユポツトに挿入
された際、間隙の大きい部分に位置する先端部お
よびダツシユポツトに挿入されない上部について
は中性子照射によつて間隙が小さくなつても、こ
れがスクラム時間に影響を及ぼすことが少ない。
このためオーステナイト鋼にあつてはアニール材
あるいは冷間加工材のいずれを用いても良く、ま
た他の金属を用いても良い。また、上記ダツシユ
ポツトはその全部あるいは一部が冷間加工をして
いないオーステナイト系ステンレス鋼または上記
ダツシユラムに使用されているオーステナイト系
ステンレス鋼パイプ材の冷間加工度より小さな加
工度で冷間加工されたオーステナイト系ステンレ
ス鋼で形成するものである。

オーステナイト系ステンレス鋼は冷間加工する
ことによつてボイドスエリング量が減少し、冷間
加工度が大きくなるに従つてボイドスエリング量
の減少量も大きくなる。従つてダツシユラムとダ
ツシユポツトに対する温度、中性子照射量等の差
は上記冷間加工度の差により相殺され、ダツシユ
ラムとダツシユポツトのボイドスエリング量はほ
ぼ等しくなり、これらの間の間隙の寸法が変化し
ないのでスクラム特性に影響が与えられることが
なく、安定したスクラム作動が得られるものであ
る。

［発明の実施例］ 次に、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

なお、本発明の制御棒集合体の基本的構成と作
動は第６図につき説明したものと同一であるの
で、その説明は省略し、本発明の特徴部分につい
てのみ詳述する。

第１図は本発明の制御棒集合体が炉心内に挿入
され、下端に設けたダツシユラム１０５がダツシ
ユポツト１０６内に全挿入されている状態を示
す。

ダツシユラム１０５は下端近傍が縮径するオー
ステナイト系ステンレス鋼パイプ１０５ａと、そ
の下端に溶接されたテーパ状のキヤツプ１０５ｂ
とから構成されており、制御棒１０３の構造部材
の下端に溶接によつて接続されている。

１０５ｃ，１０５ｄは溶接線を示す。これらの
溶接線はダツシユラム１０５と、１０６との間の
微小な間隙１０７と干渉しないよう、位置を選定
されている。

このような構成の制御棒集合体において、スク
ラム時に制御棒１０３が炉心に挿入された場合、
ダツシユラム１０５がダツシユラポツト１０６内
に進入し、このダツシユポツト１０６内の冷却材
が間隙１０７から押し出され、その際の抵抗によ
つて制御棒１０３の速度を減速し、緩衝を行な
う。

ダツシユラム１０５とダツシユポツト１０６と
の間の間隙１０７は制御棒１０３の全挿入までの
時間すなわちスクラム時間が所定の時間以上とな
らないように、かつ停止時の衝撃が所定の値を超
えないようにその寸法が設定されている。１０８
はダツシユポツト１０６内の冷却材の一部を間隙
１０７を通さずに逃すため、必要に応じて設けら
れる逃し通路である。

制御棒１０３の構造部材、ダツシユラム１０
５、ダツシユポツト１０６等は耐食性および耐熱
性の大きなオーステナイト系ステンレス鋼で形成
されている。ダツシユラム１０５のパイプ１０５
ａはオーステナイト系ステンレス鋼を冷間加工し
て構成されており、また、制御棒１０３の構造部
材とキヤツプ１０５ｂはオーステナイト系ステン
レス鋼を溶体化処理したままの材料から構成され
ている。

また、上記ダツシユポツト１０６はオーステナ
イト系ステンレス鋼を溶体化処理で形成したまま
の材料あるいはこれに上記ダツシユラム１０５の
パイプの冷間加工度より小さな加工度で冷間加工
したものから構成されている。

このように、本発明においてはダツシユラム１
０５のパイプ部材とダツシユポツト１０６の部材
に所定の冷間加工度の差が与えられているが、こ
の冷間加工度の差は両者に対する中性子照射条件
の差を考慮して、以下の如く設定される。

即ち、炉心内における軸方向の温度分布および
中性子照射量の分布は第２図に示す如きものであ
り、このような特性は設計時あるいは運転実績の
データの解析によつてあらかじめ知られている。
よつて、第２図に示す如くダツシユラム１０５お
よびダツシユポツト１０６の炉心に対する位置
P₁，P₂を上述の分布特性に対応させればダツシ
ユラム１０５およびダツシユポツト１０６の温
度、中性子照射量の中性子照射条件をそれぞれ求
めることができる。なお、制御棒１０３は原子炉
運転中における位置が変更される場合もあるが、
このような場合には各位置における時間から平均
的な中性子照射条件を求めればよい。

次に、このような中性子照射条件から、ダツシ
ユラム１０５およびダツシユポツト１０６を同一
の材料で形成した場合に生じるボイドスエリング
量を求める。なお、オーステナイト系ステンレス
鋼に対する中性子照射条件とボイドスエリングと
の関係は実験的に知られている。たとえば第３図
には中性子照射量を一定とした場合における温度
とボイドスエリング量との特性を示す。また、第
４図には温度を一定とした場合における中性子照
射量とボイドスエリングとの特性を示す。

よつて、これらの特性から、上記ダツシユラム
１０５とダツシユポツト１０６を同一材料で形成
した場合におけるボイドスエリング量を求めるこ
とができる。

次に、これらのダツシユラム１０５とダツシユ
ポツト１０６に生じるボイドスエリング量の差を
相殺するに必要な冷間加工度の差を求める。一般
にオーステナイト系ステンレス鋼は冷間加工を施
こすことによつてボイドスエリング量が減少し、
しかも冷間加工度が大きくなるに従つてボイドス
エリングの減少量も大きくなることが知られてい
る。第５図はこの特性の一例を示す。

以上のような特性から上記ダツシユラム１０５
とダツシユポツト１０６の中性子照射条件の差に
よるボイドスエリング量の差をちようど相殺する
に必要な冷間加工度の差を求めることができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるもの
ではない。

例えばダツシユラム、ダツシユポツト全体を前
述の如く冷間加工度に差を与えた材料で形成する
必要はなく、一部のみ例えばダツシユラムの外周
面部分、あるいはダツシユポツトの内周面部分の
みに前述の如き冷間加工度に差を与えたオーステ
ナイト系ステンレス鋼で形成してもよい。

［発明の効果］ 上述の如く本発明はダツシユラムの全部あるい
は一部が冷間加工されたオーステナイト系ステン
レス鋼バイプで形成され、またダツシユポツトは
全部あるいは一部が冷間加工をしていないオース
テナイト系ステンレス鋼または上記ダツシユラム
に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼
の冷間加工度より小さな加工度で冷間加工された
オーステナイト系ステンレス鋼で形成したもので
あり、そして、オーステナイト系ステンレス鋼は
冷間加工することによつてボイドスエリング量が
減少し、冷間加工度が大きくなるに従つてボイド
スエリング量の減少量も大きくなるので、ダツシ
ユラムとダツシユポツトに対する温度、中性子照
射量の差は上記冷間加工度の差により相殺され、
ダツシユラムとダツシユポツトのボイドスエリン
グ量はほぼ等しくなり、これらの間の間隙の寸法
が変化しないのでスクラム特性に影響が与えられ
ることがなく、安定したスクラム作動が得られる
等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部を示す縦断面図、第２図
は炉心の温度、中性子照射量の分布と制御棒集合
体との位置関係を示す線図、第３図は温度に対す
るボイドスエリングの特性を示す線図、第４図は
温度に対するボイドスエリングの特性を示す線
図、第５図は冷間加工度がボイドスエリングに与
える影響を示す線図、第６図は制御棒集合体の縦
断面図、第７図は第６図におけるダツシユラムと
ダツシユポツト部分の縦断面図、第８図はスクラ
ム特性を示す線図である。 １，１０１……下部案内管、２，１０２……エ
ントランスノズル、１０３……制御棒、５，１０
５……ダツシラム、１０５ａ……ハイプ、１０５
ｂ……キヤツプ、６，１０６……ダツシユポツ
ト、７，１０７……間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下部案内管と、この下部案内管内に上下動自
   在に挿入される制御棒の下部に設けられたダツシ
   ユラムと、上記下部案内管の下部に設けられたダ
   ツシユポツトとを備えた制御棒集合体において、
   上記ダツシユラムが冷間加工されたオーステナイ
   ト系ステンレス鋼パイプとその下端に溶着したキ
   ヤツプとから成り、かつ、ダツシユポツトは少な
   くともその内周面部分が冷間加工を施していない
   オーステナイト系ステンレス鋼または上記ダツシ
   ユラムに使用されている冷間加工オーステナイト
   系ステンレス鋼パイプよりも小さな加工度で冷間
   加工されたオーステナイト系ステンレス鋼で形成
   されていることを特徴とする制御棒集合体。