JPH0631769B2 - 制御棒集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は液体金属型高速増殖炉において使用される制御
棒集合体に関する。

（従来の技術） 金属ナトリウムなどの液体金属を使用する高速増殖炉に
おいては、Ｂ_４Ｃ等の中性子吸収材料を使用した制御棒
集合体が設置されている。

第４図は上記制御棒集合体の全体構成を例示するもの
で、制御棒案内管１内に設置された制御棒２には複数本
の制御要素３が並列して収納されている。

各制御要素３は第５図に示すように、ステンレス鋼製の
被覆管４内にＢ_４Ｃなどの中性子吸収体をペレット状に
成型した中性子吸収体ペレット５の複数個を積重ねて収
容し、被覆管４の上下端に端栓６，７を溶接したもの
で、スクラム時や輸送時に中性子吸収体ペレット５が移
動しないよう、その上端にスペーサ８を介してペレット
抑えスプリング９を圧接して構成されている。

制御棒集合体３は炉心部に設置され、中性子を吸収する
ことから中性子によるｎ→α（Ｈｅ）反応により、中性
子吸収体ペレット５は直径および軸方向にスウェリング
する。このスウェリングに際しは、軸方向の膨脹量の吸
収はペレット抑えスプリングにより行われる。一方、径
方向の膨脹量吸収は被覆管４と中性子吸収体ペレット５
との間に径方向のギャップＧを設けることにより行って
いる。

この場合、原子炉の運転により、中性子吸収体ペレット
５は次第に膨脹してゆくが、ペレット５が被覆管４と接
触した後、更に膨脹すると、被覆管４に塑性歪を与え、
終局的にはその歪制限値から被覆管の寿命が決まること
になる。従って、設計寿命を全うできるよう被覆管４と
中性子吸収体ペレット４のギャップＧの寸法は定められ
ることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 制御棒は、その経済性から長寿命化が求められているた
め被覆管４と中性子吸収体ペレット５のギャップＧの寸
法を大きくとる必要があり、通常は0.5〜1.0mm程度のギ
ャップが設けられている。

また、中性子吸収体ペレット５は中性子吸収により自ら
発熱し、その熱応力により運転初期に割れ現象が発生す
る。この割れの発生は物性上、避けられない現象であ
る。

これらのことから、被覆管４と中性子吸収体ペレット５
のギャップＧの寸法が大きくなると、中性子の照射によ
り割れたり欠けたＢ_４Ｃの中性子吸収体小片がギャップ
Ｇ内に落ちる危険性が生ずる。

制御棒集合体の使用中に中性子吸収体小片が落下する
と、第６図に示すように、被覆管４と中性子吸収体ペレ
ット５との間に中性子吸収体小片１０が挟まることが考
えられるが、この状態でペレットのスウェリングが更に
生ずると、中性子吸収体小片１０が局部的に被覆管４を
押圧して局部変形を起こさせ、寿命を縮める結果とな
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上述した従来技術の問題点を解消すべくなされ
たもので、被覆管と中性子吸収体ペレットとの間に、収
納されている中性子吸収体ペレットの全長にわたってオ
ーステナイトステンレス鋼またはフェライト鋼からなる
延性を有する薄肉パイプを設けたことを特徴とするもの
である。

（作用） 上述のように構成した本発明の制御棒集合体では、中性
子吸収体ペレットに割れが発生した場合でも、中性子吸
収体小片は中性子吸収体ペレットの外径に近い内径の薄
肉パイプによりトラップされ、下方への脱落を防止され
る。

さらに、薄肉パイプは延性に富み、かつ照射クリープに
よって延びやすい材料で構成されているので、スウェリ
ングする中性子吸収体ペレットを被覆管内面近傍に達す
る寿命末期まで良好にカバーすることができる。

（実施例） 以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、これらの図面において、第５図や第６
図におけると同一部分には同じ符号を付してある。

第１図において、被覆管４内にＢ_４Ｃからなる中性子吸
収体ペレット５の複数個が積層して収納され、その上端
がスペーサ８を介してペレット抑えスプリング９で加圧
されるよう構成した点は第５図の場合と同様であるが、
本発明においては、中性子吸収体ペレット５の積層体の
周囲には薄肉パイプ１１が配置されている。

この薄肉パイプはオーステナイトステンレス鋼あるいは
その冷間加工材またはフェライト鋼等のように延性に富
み、かつスプリング率が被覆管４と同一かそれよりも低
い材料からなり、その内径は中性子吸収体ペレット５の
外径に対して僅かなギャップＳが形成される寸法とされ
ている。

上述のように構成した本発明の制御棒集合体において
は、中性子吸収体ペレット５は中性子の照射により割れ
を生ずるが、この割れによって生じた中性子吸収体小片
１０は、第２図に示すように薄肉パイプ１１によって抑
えられるので、落下は阻止される。

中性子吸収体ペレット５の落下を阻止する機能の点から
は、ギャップＳは狭い方が望ましいが、その反面、あま
り狭すぎると（例えば、0.025mm未満）、制限要素の組
立て時に中性子吸収体ペレット５を薄肉パイプ１１内へ
効率よく装填できなくなる。

次に、薄肉パイプ１１と、これによって落下を阻止され
ている中性子吸収体小片１０との関係を説明する。

中性子吸収体ペレット５は中性子照射を受けてスウェリ
ングするが、そのスウェリング速度は薄肉パイプ１１の
それよりも速いので、当初のギャップＳは比較的初期の
照射段階で消失し、その後は中性子照射に応じて中性子
吸収体ペレット５が薄肉パイプ１１を押し拡げることに
なる。ここで、薄肉パイプは、冷間加工を施したオース
テナイトステンレス鋼などのように延性に富み、かつ照
射クリープによって延びやすい材料で構成されていれ
ば、中性子吸収体ペレット５は割れたまま、元の形を保
ってスウェリングしてゆくことになる。この状態は、あ
たかも中性子吸収体ペレットにストッキングを被せた状
態を想定すれば良く理解されよう。

従って、薄肉パイプ１１によってカバーされた中性子吸
収体ペレット５は被覆管４の内面近傍に達する寿命末期
まで、きれいな円筒形を保ちながら、スウェリングによ
る膨脹をしてゆくことになる。

従って、本発明の制御棒集合体においては、中性子吸収
体ペレットに割れが生じても、中性子吸収体小片は薄肉
パイプにより離脱落下を阻止されるので、第６図の場合
のように被覆管を局所的に変形させてその寿命を低下さ
せることがない。

上記目的に合う延性に富み、かつ照射クリープによって
延びやすい材料としては、オーステナイトステンレス鋼
やフェライト鋼が好ましい。両者とも、制御棒集合体で
の寿命７×10²²nvt程度ではまだ数％の破断のびを有し
ているだけでなく、照射クリープによるのびが本材料の
破断を阻止してくれる。

第３図は本発明の制御棒集合体の他の実施例を示してい
る。この例では、中性子吸収体ペレット５の外側に設け
る薄肉パイプとして、その肉厚が下方へ行くに従って薄
くなる薄肉パイプ１２が使用されている。高速増殖炉で
は、制御棒集合体の上部よりも下部の方が中性子照射量
が高く、中性子吸収体ペレットのスウェリングも大きく
なるが、この実施例では薄肉パイプの下部の方を薄くし
てあるので、中性子吸収体ペレットのスウェリングにス
ムーズに対応することができる。

なお、以上の説明では、中性子吸収材料としてＢ_４Ｃを
使用した例につき述べたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、その他の中性子吸収体や金属吸収体を用
いる制御棒集合体においても適用できる。

［発明の効果］ 上述の如く本発明の制御棒集合体においては、中性子吸
収体ペレットが延性に富む薄肉パイプによってカバーさ
れているので、ペレットが割れ、中性子吸収体小片が発
生しても、その離脱・落下は薄肉パイプによって阻止さ
れる。従って、中性子吸収体小片による被覆管の損傷は
防止され、制御棒集合体の長寿命化が可能になるととも
に、その信頼性ひいてはプラントの信頼性が著しく向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御棒集合体の実施例を示す制御要素
の縦断面図、第２図はその作用を説明するための説明
図、第３図は本発明の制御棒集合体の他の実施例を示す
制御要素の縦断面図、第４図は本発明が適用される制御
棒集合体を例示する縦断面図、第５図は従来の制御棒集
合体における制御要素の縦断面図、第６図はその作用を
説明するための説明図である。 １……制御棒案内管 ２……制御棒 ３……制御要素 ４……被覆管 ５……中性子吸収体ペレット ６，７……端栓 ８……スペーサ ９……ペレット抑えスプリング １０……中性子吸収体小片 １１，１２……薄肉パイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被覆管内に複数個の中性子吸収体ペレット
   を収納してなる液体金属型高速炉用制御棒集合体におい
   て、前記被覆管と中性子吸収体ペレットとの間に、収納
   されている中性子吸収体ペレットの全長にわたってオー
   ステナイトステンレス鋼またはフェライト鋼からなる延
   性を有する薄肉パイプを設けたことを特徴とする制御棒
   集合体。
2. 【請求項２】薄肉パイプの肉厚が下方に向かって薄肉と
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の制御棒集合体。