JPH0559186B2 - - Google Patents

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JPH0559186B2
JPH0559186B2 JP57160882A JP16088282A JPH0559186B2 JP H0559186 B2 JPH0559186 B2 JP H0559186B2 JP 57160882 A JP57160882 A JP 57160882A JP 16088282 A JP16088282 A JP 16088282A JP H0559186 B2 JPH0559186 B2 JP H0559186B2
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JP
Japan
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absorbing material
neutron absorbing
metal
neutron
powder
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JP57160882A
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JPS5950150A (ja
Inventor
Yoshinori Kuwae
Junko Kawashima
Emiko Higashinakagaha
Yoshio Hamamoto
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は水冷却原子炉のポイズンチユーブの中
に充填する中性子吸収材に関する。更に詳しく
は、ポイズンチユーブ内の空洞発生を極小化で
き、従つて、原子炉の均一な制御能力の維持を可
能ならしめる中性子吸収材に関する。
〔従来技術およびその問題点〕
原子炉においては、炉心に中性子をよく吸収す
る材料を挿入することにより、核分裂反応の抑
制、あるいは停止を行なわせ、また、それを引き
抜くことによつて反応を盛んにするなどして、炉
の出力を意のままに制御することができる。現
在、中性子吸収材としては、中性子吸収能の大き
いホウ素を含む炭化ホウ素(B4C)の粉末が用
いられている。第1図に示すようにB4C粉末1
は被覆管2の中に充てんしたポイズンチユーブの
形で一般に使用されている。
ところで、原子炉の運転中、B4Cのホウ素は
中性子を吸収すると(n,α)反応を起してヘリ
ウムを生成し、リチウムに変化する。リチウム
(融点179℃)は、通常の炉の運転条件(289℃)
では液体であるため、B4C粉末相互の間隙を浸
潤する。
このためB4Cが消費されるにつれて、第2図
に示す如く被覆管内には均一な中性子吸収に有害
な空洞4が発生する。この空洞は更に、B4C粉
末の焼しまりや炉内冷却水による被覆管の振動に
基づくB4C粉末の沈降のため拡大成長していく。
かかる空洞の発生と成長はポイズンチユーブの
軸方向における不均一な中性子吸収能をもたら
し、その結果、原子炉出力の制御が困難となると
いう問題があつた。
このような問題を解決するため、従来は被覆管
の中を、複数個のステンレス製ボール3で分画
し、形成された各分画にB4C粉末を充填した構
造のものが実用に供されている。
しかしながら、かかる従来の構造のものにあつ
ても、各ボール直下では空洞の発生と成長を防ぎ
得ないので、本質的な解決手段とはならず、なお
均一な制御効率を得ることができなかつた。
このような状況にあつて、水冷却原子炉のポイ
ズンチユーブ型中性子吸収材として被覆管内に巨
視的空洞の発生がないかもしくは極めてその発生
の少ないものの開発が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的はポイズンチユーブ用中性子吸収
材の使用期間中、その被覆管内における巨視的空
洞の発生、成長に基づく制御能力の不均一化を防
止した中性子吸収材を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の中性子吸収材はセラミツク粒子と金属
マトリツクスからなるセラミツク粒子分散金属複
合体の中性子吸収材であることを特徴とする。す
なわち、本発明の中性子吸収材は、金属マトリツ
クスの中にセラミツク粒子を均一に分散し、固定
した構造のものである。
これを被覆管の中に装荷してポイズンチユーブ
を構成した場合、中性子照射によつてセラミツク
粒子(例えばB4C)の消費が進んでもセラミツ
ク粒子は金属マトリツクス中に固定されているか
ら、巨視的には空洞の発生はない。しかもセラミ
ツク粒子はマトリツクス中に分散して存在するの
で焼きしまり現象も抑制される。
本発明に係るセラミツク粒子は中性子吸収能が
大きいセラミツク粒子であり、その巨視的熱中性
子吸収断面積が3cm-1以上のものが好適である。
本発明にあつては、具体的にはB4C,HfO2もし
くはEu2O3粒子1種又は2種以上を適宜に混合し
たものが用いられる。これらのうち、B4Cは中
性子断面積が大きく、比較的安価に入手でき、し
かも中性子吸収材として実績も豊富であるという
長所を有する反面、その使用寿命が短かく、一
方、HfO2およびEu2O3は使用中、壊変に伴う中
性子吸収能の低下や、Heの発生が起らないとい
う利点を有している。
用いるセラミツク粒子の粒径は5mm以下である
のが好ましい。粒径が5mmより大きい場合には均
一なセラミツク粒子分散金属複合材を得ることが
困難であり、粒径を大きくしても空洞の発生と成
長の防止に何らの寄与もないからである。
本発明の中性子吸収材の他の構成要素であるマ
トリツクス金属としては、Hf,Eu,Sm,In,
Gd,Cd,Ir,Au,Ni,Cuのうち1種または2
種以上を適宜に組合せた合金が用いられる。Hf,
Eu,Sm,In,Gd,Cd,Ir,Auおよびそれらの
合金はそれ自身の中性子吸収能が大きいため本発
明の中性子吸収材の金属マトリツクスとして適す
る。また、Niは耐ヘリウム脆化が優れるので中
性子吸収材が(n,α)反応によつてヘリウムを
発生しても、金属マトリツクス強度の劣化を少な
くすることができるという利点がある。また、
Cuは熱伝導度が高く、核反応に伴う壊変熱を有
効に除去するので本発明に係る金属マトリツクス
に適する。
本発明の中性子吸収材にあつてはセラミツク粒
子が10体積%以上、好ましくは30〜98体積%含ん
でいることが望ましく、体積含有率が10%より小
さい場合は、Niなどのように吸収能の小さい金
属と組み合わせて用いると中性子吸収材の中性子
吸収能が低くなる。
本発明の中性子吸収材は次に示す3通りの方法
で製造することができる。
第1の方法は、上述したセラミツク粒子の表面
をマトリツクス金属で被覆して得られた金属被覆
セラミツク粒子粉末をホツトプレスする方法であ
る。
この場合、セラミツク粒子表面に金属を被覆す
る方法としては、無電解鍍金法、プラズマ溶射法
もしくはその他の溶射法、金属化合物の熱分解を
利用する化学蒸着法または金属の真空蒸着法等の
セラミツク粒子に対する金属の密着性に優れる方
法であれば、いかなる物理的もしくは科学的金属
被覆方法を用いてもよい。
この方法によれば、被覆されたマトリツクス金
属がホツトプレスの過程で結合材として機能して
セラミツク粒子を結着し、あわせて自らはマトリ
ツクスとなる。このとき、被覆金属層の厚みを変
えることにより、任意のセラミツク粒子の含有割
合にすることができ、金属層の厚みを薄くすれ
ば、セラミツク粒子の含有割合が大きく、その結
果、中性子吸収能の大きな複合体となりうる。
第2の方法は、第1の方法で調製した金属被覆
セラミツク粒子に、更に結合材用金属粉末を添加
混合したのち、それをホツトプレスする方法であ
る。この方法は金属マトリツクスの体積含有率を
高めたい場合には、第1の方法より生産性、経済
性の面で優れる。セラミツク粒子に被覆する金属
と結合材用金属とは同一金属であることを要しな
いが、両者の密着性の観点から同一金属組成であ
ることが望ましい。
第1,第2の方法におけるホツトプレス法は当
業者に周知の方法であつてよい。ホツトプレスは
金属被覆セラミツク粒子粉末またはこれに結合材
用金属粉末を添加した混合粉末を直接金型に装荷
して行うことができる。また、ホツトプレスの前
処理として、上記被処理粉末を冷間プレスして圧
粉体を成形し、しかる後にホツトプレスしてもよ
い。
第3の方法は、上記被処理粉末を冷間プレスし
た圧粉体をホツトプレスすることなく、そのまま
高温で焼結する方法である。
このように、本発明の中性子吸収材の製造方法
では、原料としてマトリツクス金属を被覆したセ
ラミツク粒子を用いるので、セラミツク粒子分散
金属複合体中のセラミツク粒子の体積含有率を容
易に高めることができ、またその均一な分散性を
得ることができる。
次に、第3図を参照して本発明の中性子吸収材
を説明する。第3図は本発明の中性子吸収材の一
態様を含むポイズンチユーブの一部を拡大して示
す概念的断面図である。本発明の中性子吸収材5
はペレツトもしくは棒状であり、これを被覆管2
の中に装荷して使用される。その際、第1図に示
されるような中性子吸収能の低いステンレス製ボ
ール3による被覆管内の分画を必要としないの
で、ポイズンチユーブの軸方向に一層良好な中性
子吸収能の均一性がもたらされる。また本発明の
中性子吸収材は従来のB4C粉末と異なり被覆管
2の中へ容易に装荷できるとおい利点がある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の中性子吸収材およびその製造方
法を実施例に従つて詳説する。
実施例 1 粒径約1mmのB4C粉末1.3gを無電解ニツケル
鍍金液に浸漬して得られたNi被覆粉末1.5gを、
真空中、1400℃で4ton/cm2の圧力を加えながら30
分間保持することにより、B4C粒子の体積含有
率96%、直径約4mm、厚み約45mmの円柱状中性子
吸収材を得た。
これを、SUS304製被覆管に収納してポイズン
チユーブを構成し、289℃で1022n/cm2の中性子
を照射した後、中性子吸収材の形態を調べたとこ
ろ、空洞の発生はほとんど観察されなかつた。
実施例 2 粒径約1mmのB4C粉末0.7gの外表面にプラズ
マ溶射により、Hfを被覆した。得られたHf被覆
粉末1gと粒径約0.02mmのHf粉末1gとを均一
に混合したのち、真空中、1800℃で3ton/cm2の圧
力を加えて20分間保持することにより、B4C粒
子の体積含有率74%、直径約4mm、厚み約30mmの
円柱状中性子吸収材を得た。
これを、実施例1と同様にして、中性子照射
後、中性子吸収材の形態を調べたところ、空洞の
発生はほとんど観察されなかつた。
実施例 3 粒径約0.1mmのEu2O3粉末1.1gを無電解ニツケ
ル鍍金液に浸漬して得られたNi被覆粉末1.5gを、
真空中、1400℃で4ton/cm2の圧力を加えながら30
分間保持することにより、Eu2O3粒子の体積含有
率77%、直径約4mm、厚み約16mmの円柱状中性子
吸収材を得た。
これを、実施例1と同様にして、中性子照射
後、中性子吸収材の形態を調べたところ、空洞の
発生はほとんど観察されなかつた。
実施例 4 粒径約0.1mmのHfO2粉末0.6gの外表面にプラズ
マ溶射により、Hfを被覆した。得られたHf被覆
粉末1gと粒径約0.02mmのHf粉末1gとを均一
に混合したのち、真空中、1800℃で3ton/cm2の圧
力を加えて20分間保持することにより、HfO2
体積含有率36%、直径約4mm、厚み約14mmの円柱
状中性子吸収材を得た。
これを、実施例1と同様にして、中性子照射
後、中性子吸収材の形態を調べたところ、空洞の
発生は観察されなかつた。
〔発明の効果〕
本発明の中性子吸収材は以上のように構成され
ているので、使用期間中に中性子吸収材を収納
するポイズンチユーブ内には空洞がほとんど発生
せず、したがつて長期に亘り均一な中性子吸収能
を発揮する、金属がマトリツクスであるため熱
伝導が良好で、中性子吸収材の壊変熱は被覆管外
部を通流する冷却材によつて容易に除去され、そ
の結果、中性子吸収材への熱蓄積が防止されてそ
の材質劣化が抑制される、ポイズンチユーブ内
には中性子吸収能の低いステンレス鋼のボールを
配設することが不要となるので、ポイズンチユー
ブの軸方向における中性子吸収能の均一性が得ら
れる、また、被覆管への中性子吸収材の充填に
際して、従来は粉末充填のため充填作業性が悪か
つたが、本発明の場合にはペレツトまたは棒状材
の充填なのでその作業性が向上する、更には、
金属マトリツクスとしてHf,Eu等を用いた場合
には、これらは(n,γ)反応を起しHeを発生
しないので、ガス・スウエリングや管内圧上昇を
防止できる、などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の中性子吸収材を含むポイズンチ
ユーブの一部を拡大して示す概念的断面図であ
る。第2図は第1図のポイズンチユーブを一定期
間使用した後の状態を拡大して示す概念的断面図
である。第3図は本発明の中性子吸収材の一態様
を含むポイズンチユーブの一部を拡大して示す概
念的断面図である。 1……B4C粉末、2……被覆管、3……ボー
ル、4……空洞、5……中性子吸収材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 B4C,HfO2およびEu2O3粒子の群から選ば
    れる少なくとも1種からなるセラミツク粒子、な
    らびにHf,Eu,Sm,In,Gd,Cd,Ir,Au,Ni
    およびCuの群から選ばれる少なくとも1種から
    なる金属マトリツクスから構成されるセラミツク
    粒子分散金属複合体からなる中性子吸収材。 2 セラミツク粒子の体積含有率が10%以上であ
    る特許請求の範囲第1項記載の中性子吸収材。
JP57160882A 1982-09-17 1982-09-17 中性子吸収材 Granted JPS5950150A (ja)

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JP57160882A JPS5950150A (ja) 1982-09-17 1982-09-17 中性子吸収材

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FR2636466B1 (fr) * 1988-09-15 1992-01-17 Cezus Co Europ Zirconium Procede de fabrication d'une pastille absorbeuse de neutrons, pastille obtenue et utilisation
FR2790587B1 (fr) * 1999-03-03 2004-02-13 Commissariat Energie Atomique Materiau absorbant neutronique a base de carbure de bore et de hafnium et procede de fabrication de ce materiau

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