JPH063477A

JPH063477A - 制御棒

Info

Publication number: JPH063477A
Application number: JP4162750A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukumoto; 隆福本; Hiromasa Hirakawa; 博将平川; Norio Kawashima; 範夫川島; Yasuyuki Goto; 靖之後藤
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】制御棒において、中性子吸収材収容可能量が
多くでき、比較的軽量で、かつ剛性が低く、地震等の緊
急停止時に原子炉内への急速なスクラム挿入が容易にで
きるようにする。【構成】管部分２３と、これと一体の４つの角部分２４
とで構成される管状部材２１の内部に中性子吸収材２０
を収容して中性子吸収管１，２を形成する。このうち、
全長管１はブレード軸方向全長に延び、短尺管２は全長
管１を軸方向に１０個に分割し各々の間に９個の間隙２
ｂを形成する長さである。これらの中性子吸収管１，２
を幅方向に交互に並置し相隣り合う角部分２４を溶接し
てブレード１５を構成し、４つのブレード１５をタイロ
ッド１４を中心に十字形に配置して溶接し制御棒１０を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改良型の沸騰水型原子
炉及び既存の沸騰水型原子炉に用いられる制御棒に係
り、特に原子炉の非常停止時に好適な中性子吸収特性及
び剛性を有する制御棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉内では、中性子を吸収して核反応
の停止または調整を行うための中性子吸収材を含んだ制
御棒が使用される。特に、沸騰水型原子炉において通常
使用されている制御棒は、十字形横断面をなし、燃料チ
ャンネル間に形成された十字形の間隙内に挿入される。

【０００３】制御棒においては、(i) 中性子吸収材の収
容可能量をできるだけ多くできること、(ii)重量や剛性
と重量を軽減すること、(iii) 構造的強度をできるだけ
大きくすることが要求されている。(i) に対する理由
は、今後燃料のウランを増加することや、燃料にプルト
ニウムを混入することが考えられており、安全性も考慮
して制御棒中の中性子吸収材を増加する必要があるため
である。また、(ii)に対する理由は、地震発生等による
原子炉の非常停止時に、制御棒が軽量で剛性が低ければ
燃料チャンネルが振動しても原子炉内への挿入が容易に
できるためである。また、(iii) に対する理由は、地震
発生時の制御棒の緊急挿入時（スクラム挿入時）の荷重
に耐え、燃料からの荷重および制御棒自身の地震による
たわみに対する荷重に耐えるだけの構造強度を有し、ま
た、制御棒が実用寿命においてシステムの外圧に耐えら
れると共に、実用寿命の終期において炭化ホウ素、ハフ
ニウムその他の中性子吸収材の元素変換反応によって生
じる内圧に耐えて中性子吸収材を閉じ込められる構造強
度を有する必要があるからである。例えば、炭化ホウ素
（Ｂ4 Ｃ）が中性子を吸収すると、最終的にヘリウムが
生成し、このヘリウムが蓄積すると高い圧力を生じ、そ
れと同時に炭化ホウ素は膨脹したり焼結したりするが、
その焼結の結果生じた局在するポケット内はヘリウムの
生成によって極めて高い圧力になる。

【０００４】従来の制御棒として最もよく用いられてい
るものは、十字形断面を持つタイロッドの各辺に、長手
方向に均一なＵ字形断面を持つシースを取り付け、シー
ス内部に中性子吸収材収容管を包含し、タイロッド及び
シース上部をハンドルに、下部を落下速度リミッタまた
はコネクタに固定して構成される（第１の従来技術と称
する）。この中性子吸収材収容管は、制御棒の強度保持
機能としての寄与は低く、シース、タイロッド、ハンド
ル、落下速度リミッタまたはコネクタが構造材となって
いる。

【０００５】第１の従来技術の変形として、特開昭６
２−２３５５９５号公報や特開昭６２−２５４０９８号
公報に開示された制御棒は、ハフニウム等の重量の大き
な中性子吸収材を複数個軸方向に縦列させた構造として
いる。このような構造とすることによって余分な中性子
吸収材の重量を削除して制御棒の重量が軽減される。

【０００６】これに対し、上記第１の従来技術による制
御棒のシースと同一の長さ及び幅のステンレス鋼部材が
タイロッドに取り付けられ、このステンレス鋼部材に制
御棒の十字形の各ブレードの側端から中心に向かって複
数の水平孔がガンドリル等の工具によって形成され、こ
の水平孔に中性子吸収材が収容された制御棒がある（第
２の従来技術と称する）。

【０００７】この第２の従来技術の延長技術として、特
開昭５８−１４７６８８号公報では、中性子吸収板を軸
方向に直角に延びるスロットによって複数個に分裂し、
これによって制御棒の剛性を低減している。

【０００８】一方、最近の原子炉内に使用される制御棒
には大別して２種類のものがある。そのうちの一つは、
地震等が発生した場合に原子炉を停止させるために燃料
中に急速挿入させる（スクラム挿入）ための制御棒であ
って、これは比較的高い中性子吸収価値（制御棒価値）
を有するように設計されるのが通例である（以下第１の
タイプの制御棒という）。もう一つは、制御セル位置に
配置するための制御棒であって、これは適宜挿入取り出
しされて原子炉の中性子束分布を調節し整形する目的を
もって設計されるのが通例である（以下第２のタイプの
制御棒という）。

【０００９】第１のタイプ及び第２のタイプのどちらに
も用いられる制御棒として特開平１−２５４８９５号公
報（第３の従来技術）に開示された制御棒がある。これ
は、軸方向の円柱状穴が形成されかつ所定の側壁厚さを
有する管部分及び前記管部分と一体に形成され前記管部
分の外周上に９０°毎に設けられた４つの角部分で構成
される管状部材と、前記円柱状穴に収容された中性子吸
収材とを有する複数の中性子吸収管を幅方向に並置し、
相隣り合う前記角部を接合してブレードを形成し、この
ブレードを十字形に配置したものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には以下の問題がある。第１の従来技術による制
御棒は、上記のように強度保持効果の少ない中性子吸収
材収容管をシースでおおって構成されているため、比較
的剛性が低く、原子炉の非常停止時の原子炉内への急速
なスクラム挿入に対応でき、また、充分構造強度も有す
る。しかし、この構成では中性子吸収材の断面比率をこ
れ以上増加することは不可能であり、燃料中のウランを
増加したりプルトニウムを混入することによる中性子吸
収材の増加化に対応できないという問題があった。ま
た、中性子吸収材収容管は制御棒の構造強度に実質的に
寄与せず、また中性子吸収材収容管を包含した４つのシ
ースを一緒に保持するため、タイロッドを含めた比較的
重い構造部材が必要とされ、これらで構成される制御棒
自体が重くなって、地震等の非常停止時のスクラム挿入
の妨げとなっていた。

【００１１】また、第１の従来技術の変形である特開昭
６２−２３５５９５号公報や特開昭６２−２５４０９８
号公報による制御棒は、中性子吸収材の重量を軽減する
ことを主な目的として、軸方向に複数の中性子吸収材を
並べた構造としており、これによって結果的に中性子吸
収体の剛性が低下する。しかし、中性子吸収体の剛性は
スクラム挿入特性（挿入のし易さ）に影響する制御棒全
体の剛性に対してはほとんど無関係であり、主に、中性
子吸収材を支持する構造材の剛性が制御棒全体の剛性に
関係する。即ち、この制御棒では、中性子吸収材のみの
剛性を低下させるだけであって、制御棒全体の剛性を下
げる効果は得られず、制御棒のスクラム挿入特性を向上
させる効果はない。

【００１２】また、第２の従来技術による制御棒は、中
性子吸収材収容管とシースとからなる第１の従来技術に
よる制御棒よりも多量の中性子吸収材を収容することが
できる。しかし、各ブレードがステンレス鋼部材の一枚
板により構成されているので制御棒としては剛性が高く
なり、上記第１の従来技術による制御棒の２倍程度の剛
性を有する。従って、地震等の非常停止時のスクラム挿
入が容易に行えないという問題点があった。

【００１３】また、第２の従来技術の延長技術である特
開昭５８−１４７６８８号公報による制御棒は、制御棒
の翼端部までスロットを設けており、中性子吸収能力が
要求される翼端部に中性子吸収材がない。従って、制御
棒全体としての中性子吸収能力が低減するという問題点
があった。また、制御棒の翼端部においてスロットを挟
んだブレード同士が支持されておらず、このため非常停
止時に制御棒を挿入する時に、このブレードの翼端部の
角部が燃料チャンネルボックスや燃料サポートに衝突し
たり、こすれたりする等の恐れがあるという問題点があ
った。一方、制御棒の翼端部までスロットを設けずに上
記ブレードの翼端部を残してスロットを設けることは構
造上可能ではあるが、実用的ではなく製作が非常に困難
である。

【００１４】また、第３の従来技術による制御棒は構造
が比較的単純であり、第１の従来技術による制御棒より
も多量の中性子吸収材を収容することができ、また比較
的軽量にすることができる。しかし、剛性が高く、例え
ば、第１の従来技術による制御棒に対し、約１．５〜２
倍の剛性を有する。これは、第１の従来技術による制御
棒では、シース内部にそれ自体構造材として寄与しない
中性子吸収材を収容する管が収容された構造であるのに
対し、第３の従来技術による制御棒では、中性子吸収材
を収容する管自体が構造材となるため剛性が高くなるこ
とによる。従って、地震等の非常停止時のスクラム挿入
が容易に行えないという問題点があった。

【００１５】本発明の目的は、中性子吸収材収容可能量
が多くでき、比較的軽量で、かつ剛性が低く、地震等の
緊急停止時に原子炉内への急速なスクラム挿入が容易に
できる制御棒を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による制御棒は、軸方向の円柱状穴が形成さ
れかつ所定の側壁厚さを有する管部分及び前記管部分と
一体に形成され前記管部分の外周上に９０°毎に設けら
れた４つの角部分で構成される管状部材と、前記円柱状
穴に収容された中性子吸収材とを有する複数の中性子吸
収管を幅方向に並置し、相隣り合う前記角部を接合して
ブレードを形成し、このブレードを十字形に配置した制
御棒において、前記複数の中性子吸収管のブレード端部
を除いた少なくとも一部を前記ブレードの全長より短い
短尺中性子吸収管で構成し、これらの短尺中性子吸収管
の軸方向に隣接した位置に間隙を形成する。

【００１７】また、上記目的を達成するため、本発明に
よる制御棒は、上記のような制御棒において、前記複数
の中性子吸収管を、前記ブレードのほぼ全長にわたって
位置する複数の全長中性子吸収管と、前記ブレードの全
長より短い複数の短尺中性子吸収管とで構成し、前記短
尺中性子吸収管を前記全長中性子吸収管の間で軸方向に
隔てて配置し、これらの短尺中性子吸収管の軸方向に隣
接した位置に間隙を形成する。

【００１８】好ましくは、前記間隙はすべて一定長さで
ある。

【００１９】また、好ましくは、前記全長中性子吸収管
と前記短尺中性子吸収管とが前記ブレード幅方向に交互
に並列して配置される。

【００２０】また、上記目的を達成するため、本発明に
よる制御棒は、上記のような制御棒において、前記複数
の中性子吸収管を長さの異なる複数の中性子吸収管で構
成する。

【００２１】

【作用】制御棒に要求される機械的特性として、地震発
生時の制御棒の緊急挿入時（スクラム時）の荷重に耐え
る構造と、燃料からの荷重および制御棒自身の地震によ
るたわみに対する荷重に耐える構造とが要求される。さ
らに、制御棒は、地震発生時において、横方向に数十ミ
リメートルの振幅で振動する燃料チャンネルの間隔を規
定の時間内で緊急挿入（スクラム挿入）し、原子炉を緊
急停止させ、安全を保つ必要がある。従って、制御棒の
剛性をできるだけ低下して燃料チャンネル間にスムーズ
に挿入できるようにすることが要求される。

【００２２】本発明においては、所定の側壁厚さを有す
る管部分と、この管部分と一体に形成されその外周上に
９０°毎に設けられた４つの角部分とで構成される管状
部材の軸方向に形成された円柱状穴に、中性子吸収材を
収容して中性子吸収管とし、この中性子吸収管で制御棒
を形成することにより、構造強度が大きくなり、かつ構
造が単純で比較的軽量となり、さらに多量の中性子吸収
材を収容することができる。そして、複数の中性子吸収
管を幅方向に並置し、相隣り合う前記角部を接合してブ
レードを形成し、このブレードを十字形に配置して制御
棒を形成する際に、ブレード端部を除いた少なくとも一
部をブレードの全長より短い短尺中性子吸収管で構成す
るか、または、ブレードのほぼ全長にわたって位置する
複数の全長中性子吸収管とこの間で軸方向に隔てて配置
される複数の短尺中性子吸収管とで構成し、上記短尺中
性子吸収管の軸方向に隣接した位置に間隙を形成するこ
とにより、同様の断面構成で短尺中性子吸収管を１つも
含まない第３の従来技術による制御棒に比べて、形成さ
れたブレード、従って制御棒全体としての剛性が低下す
る。また、ブレードの端部には全長管が位置することに
なり、前述の特開昭５８−１４７６８８号公報による制
御棒においてスロットを設けた時とは異なり、中性子吸
収能力が要求される翼端部にも中性子吸収材を確実に配
置することができ、スクラム挿入時にブレードの翼端部
が燃料チャンネルボックスや燃料サポートに衝突した
り、こすれたりしない。従って、地震発生等による原子
炉の非常停止時に燃料チャンネルが振動しても原子炉内
への挿入が容易に行える。

【００２３】また、上記所定の間隙はすべて一定長さで
あることが好ましく、これによって短尺中性子吸収管を
軸方向に一様に分布させることができ、一様に制御棒の
剛性を低下できる。

【００２４】また、全長中性子吸収管と短尺中性子吸収
管とをブレード幅方向に交互に並列して配置することに
より、上記間隙を広く分布させることができ、一様に制
御棒の剛性を低下できる。また、剛性が低下する作用を
損なうことなく、複合体の軸方向に上記間隔を設けるこ
とによる中性子吸収材の収容量の減少を極力抑制するこ
とができる。さらに、製作が容易にでき実用的となる。

【００２５】また、上記制御棒において、複数の中性子
吸収管を長さの異なる複数の中性子吸収管で構成するこ
とにより、剛性が低下するだけでなく、中性子吸収材の
ブレード方向の配置を原子炉内の中性子線の照射分布を
考慮したものとすることができ、原子炉内の中性子線の
照射分布に対応した制御棒とすることができる。

【００２６】

【実施例】本発明の一実施例について図１から図９によ
り説明する。

【００２７】まず、本実施例による制御棒の構成につい
て説明する。図１に本実施例による制御棒の全体図を示
す。図１に示すように、制御棒１０は、上部ハンドル１
１と、落下事故時の速度を緩和するための落下速度リミ
ッタ１２と、これらの間に挟まれた中性子吸収部１３か
ら構成される。中性子吸収部１３は軸方向に複数個隔置
されたタイロッド１４を中心に４枚のブレード１５が十
字形横断面をなすように溶接によって接合され、さら
に、ブレード１５の上端が上部ハンドル１１の下端に、
ブレード１５の下端が落下速度リミッタ１２の上端に溶
接によって接合されている。

【００２８】図２にブレード部分の図を示す。図中右端
が制御棒の翼端を、左側が制御棒内側のタイロッド側を
示している。図２に示すように、各ブレード１５はそれ
ぞれ内部に中性子吸収材を収容した長さの異なる２種類
の中性子吸収管１，２をブレード１５の幅方向に交互に
並置し、それぞれの管の間を後述するように溶接によっ
て接合して構成されている。このうち管１はブレード１
５の軸方向全長にわたって延びる全長中性子吸収管であ
り、管２は管１よりも短い短尺中性子吸収管である。以
下、管１を全長管、管２を短尺管という。本実施例で
は、１０個の短尺管２が軸方向に一定長さ（５ｍｍ）の
間隙２ｂを隔てて配置されている。即ち、短尺管２は全
長管１を軸方向に１０個に分割しかつそれらの間に９個
の間隙２ｂを形成する長さを有している。

【００２９】図３に図１の間隙２ｂを通るＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ方向の断面図を、図４に図１の間隙２ｂを通らないＩ
Ｖ−ＩＶ方向の断面図を、図５に図４のＶ部拡大図を示
す。図３に示すように、間隙２ｂを含む断面では、ブレ
ード幅方向に全長管１が１つおきに、かつ十字形横断面
をなすように並列している。また、図４及び図５に示す
ように、間隙２ｂを含まない断面では、全長管１と短尺
管２とが交互に、かつタイロッド１４を中心に十字形横
断面をなすように並列しており、管同士、及び管とタイ
ロッドは溶接部１４ａで溶接によって接合されている。

【００３０】図６に図４のＶＩ部拡大図を示す。図６に
示すように、全長管１および短尺管２は、それぞれ管状
部材２１ａ，２１ｂと、その内部の円柱状穴２２ａ，２
２ｂ中に収容された中性子吸収材２０とで構成されてい
る。このうち管状部材２１ａ，２１ｂは、円柱状穴２２
ａ，２２ｂが設けられた管部分２３ａ，２３ｂと、この
管部分２３ａ，２３ｂと一体に形成されその外周上に９
０°毎に設けられた４つの角部分２４ａ，２４ｂとで構
成されており、管部分２３ａ，２３ｂは中性子吸収材２
０を完全に包囲しその各種反応によるいかなる予想圧力
や周囲の外圧のもとでも中性子吸収材を保持するのに充
分な側壁厚さを有する。さらに、ブレード幅方向に並列
した隣接する全長管１，２のそれぞれの角部分２４ａ，
２４ｂが溶接部２４ｃで溶接によって接合されることに
より、ブレード１５（図２参照）が形成されている。円
柱状穴２２ａ，２２ｂ中に収容される中性子吸収材２０
としては、前述の第１のタイプの制御棒を構成する場合
にはＢ4 Ｃ（ボロンカーバイド）等が、第２のタイプの
制御棒を構成する場合にはＨf （ハフニウム）等が用い
られる。

【００３１】また、図７（ａ）に図２のＶＩＩ部拡大図
を、（ｂ）にそのＢ−Ｂ方向の断面図を示すように、短
尺管２の端部には内部の中性子吸収材２０が外部に出て
来ないように端栓２ｃが設けられている。

【００３２】また、制御棒の翼端部に位置する中性子吸
収管としては軸方向全長に延びる全長管１が配置され
る。これは、もし翼端部に位置する中性子吸収管が複数
個の短尺管２で構成され、それらの間の間隙２ｂが形成
されると、地震発生時等にスクラム挿入を行う際に、制
御棒が間隙２ｂの部分でねじれたり、ブレードの下部に
位置する短尺管２の上端（間隙２ｂに面する部分）が燃
料チャンネル等とこすれあって燃料チャンネルを損傷す
る恐れがあり、また、翼端部は特にフルエンスが高く、
間隙２ｂを設けることによってこの部分の中性子吸収材
を減少させることは制御棒の核特性の点からも、炉心に
与える安全性の点からも好ましくないからである。

【００３３】本実施例による制御棒の中性子吸収材とし
てＢ4 Ｃを用いる場合、第１の従来技術による制御棒に
比べ、中性子吸収材収容量が約１．５倍となる。このた
め、制御棒価値が約１０％向上し、炉停止余裕や、省ウ
ラン効果など、安全性や経済性が大幅に改善される。

【００３４】次に、本実施例の作用について説明する。
制御棒の剛性は、その構造材（一般にステンレス鋼で形
成される）の材質がほぼ同一とすれば、制御棒の断面二
次モーメントにより比較できる。即ち、断面二次モーメ
ントが大きい制御棒ほど剛性が高く、地震時のスクラム
挿入特性が悪く（スクラム挿入時間が遅く）なり、逆
に、剛性が小さいほど、地震時のスクラム挿入特性が良
く（スクラム挿入時間が速く）なって原子炉の緊急停止
を容易にできる。

【００３５】例えば、第１の従来技術による制御棒につ
いては、前述のようにシースおよびタイロッドのみが構
造材となり、中性子吸収材収容間が構造材の構造材とし
ての寄与が少ないので、断面二次モーメントが約3 ×10
6mm4と比較的小さく、従って制御棒全体としての剛性も
比較的小さいのに対し、第２の従来技術による制御棒や
第３の従来技術による制御棒の断面二次モーメントは約
6 ×106mm4で、第１の従来技術による制御棒の約１．５
から２倍の剛性を有する。即ち、制御棒の地震時の挿入
特性に影響が生ずるのは明らかである。

【００３６】図８は、地震発生時の燃料チャンネルの振
幅と、ある一定の挿入距離（ストローク）までの挿入時
間との関係を示す図であって、横軸に地震時の燃料チャ
ンネルの振幅を、縦軸にある一定ストロークまでの挿入
時間をとってあり、図中の破線はスクラム挿入に要する
規定挿入時間を示す。この図から、燃料チャンネルの振
幅が大きくなると、制御棒の挿入時間も大きくなること
が分る。図中実線で示す第１の従来技術による制御棒
は、上記のように剛性が比較的小さいために、燃料チャ
ンネルの振幅がかなり大きい場合でも、スクラム挿入に
要する規定挿入時間を満足できるが、図中一点鎖線で示
す第２の従来技術や第３の従来技術による制御棒は、燃
料チャンネルの振幅が大きい場合、スクラム挿入に要す
る規定挿入時間（破線）を満足できないことも予想され
る。本実施例では、第３の従来技術による制御棒の中性
子吸収管の一部において軸方向に間隙２ｂを設けた構成
としたことにより、制御棒の剛性が低下し、地震発生時
のスクラム挿入時間を第１の従来技術による制御の剛性
の程度にまで短くすることを目標とした。これは、現在
考えられる地震に対しては、剛性を第１の従来技術によ
る制御棒程度に低下するだけで充分であり、さらに剛性
を低下する必要性は考えられないからである。

【００３７】本実施例による制御棒の剛性の低下の程度
は、短尺管２間の間隙２ｂの長さを調整することにより
変化する。即ち、間隙２ｂを大きくすればそれだけ制御
棒の剛性は小さくなり、それだけ地震発生時のスクラム
挿入が容易に行える。しかし、中性子吸収管に収容され
る中性子吸収材２０の量はこの間隙２ｂに相当する量だ
け減少することになるので、間隙２ｂの大きさや数はこ
のことも考慮して設定する必要がある。即ち、制御棒の
剛性低下の効果を損なわない範囲で、中性子吸収材２０
の収容量をできるだけ多くできるようこの間隙２ｂの大
きさや数を設定し、従来の制御棒に比べて大量の中性子
吸収材を収容でき制御棒価値の高い特性を維持できるよ
うにする必要がある。

【００３８】図９に、間隙の大きさをパラメータとした
中性子吸収管の軸方向の分割数と断面二次モーメントと
の関係を示す。この図で横軸は、中性子吸収管の軸方向
の分割数であって、例えば分割数が１０の時、間隙の数
は９個ということになる。また、図中実線Ａ，Ｂ，Ｃ
は、間隙の大きさがそれぞれ０．１ｍｍ，１ｍｍ，５ｍ
ｍの場合の断面二次モーメントを、●は、中性子吸収管
を分割しない第３の従来技術による制御棒の断面二次モ
ーメントを、一点鎖線は第１の従来技術による制御棒の
断面二次モーメントを示す。前述のようにこの第３の従
来技術による制御棒の断面二次モーメントは第１の従来
技術による制御棒の断面二次モーメントの約１．５から
２倍程度である。この図から、間隙が０．１ｍｍ，１ｍ
ｍの場合は分割数を多くしても断面二次モーメントはあ
まり低下しないが、５ｍｍの場合は分割数が増すにつれ
て、断面二次モーメントが顕著に低下する傾向にある。
本実施例のように５ｍｍの間隙で１０分割とすると、第
１の従来技術による制御棒とほぼ同一の断面二次モーメ
ント、従って剛性となり、地震発生時のスクラム挿入特
性もほぼ同程度となる。この場合には、間隙を設けるこ
とによる中性子吸収材の収容量の減少は１％以下であ
り、高い制御棒価値を損なわないで維持することができ
る。

【００３９】上記のように間隙２ｂを隔てて配置された
１０個の短尺管２と全長管１とを交互にブレード幅方向
に並列させることにより、間隙２ｂを広く分布させるこ
とができ、一様に制御棒の剛性を低下できる。また、剛
性が低下する効果を損なうことなく、中性子吸収材２０
の収容量の減少を極力抑制することができ、さらに、製
作も容易で実用的である。

【００４０】尚、制御棒価値の増大を必要としない場合
には、この間隙の大きさや数を増大して、さらに剛性の
小さい制御棒を得ることができる。また、第１の従来技
術による制御棒の構造を基本として、同様に剛性を低減
させることが、特願昭５３−１３６８８２号公報や特公
昭５１−１７６７３号公報をはじめ数多く開示されてい
るが、これらは、制御棒価値の低い制御棒を基本として
いるものであるので、本実施例のように中性子吸収材収
容量の増加が期待できない。

【００４１】以上説明したように本実施例によれば、管
部分２３ａ，２３ｂと、これと一体の４つの角部分２４
ａ，２４ｂとで構成される管状部材２１ａ，２１ｂの内
部に中性子吸収材２０を収容して全長管１及び短尺管２
を形成するので、構造強度を大きくでき、構造が単純で
比較的軽量となり、多量の中性子吸収材を収容すること
ができる。

【００４２】また、軸方向に１０個に分割した短尺管２
及び一定長さの間隙２ｂで構成した複合体２と、軸方向
全長にわたって分割されない全長管１とを交互に並列さ
せて溶接しブレード１５を構成し、このブレード１５を
タイロッド１４を中心にして溶接により接合して制御棒
を形成するので、間隙２ｂを広く分布させることがで
き、一様に制御棒の剛性を低下でき、従って地震発生等
による原子炉の非常停止時に燃料チャンネルが振動して
も原子炉内への挿入が容易に行える。また、間隙２ｂを
設けることによる中性子吸収材の収容量の減少を極力抑
制することができ、製作も容易で実用的となる。

【００４３】本発明の他の実施例を図１０により説明す
る。本実施例の構成は、ブレードの構成のうち短尺中性
子吸収管の分割数が異なること以外は前述の制御棒と同
様である。

【００４４】図１０に示すように、本実施例の制御棒の
ブレード１５Ａは全長管１及び短尺管３がブレード１５
Ａの幅方向に交互に並列して配置され、このうち短尺管
３は全長管１を軸方向に２個に分割しかつその間に間隙
３ｂを形成する長さを有している。即ち、短尺管３の分
割数は２である。この間隙３ｂの大きさは、図９より推
定して決定することができる。さらに剛性を下げる場合
には、前述のように中性子吸収材の収容量を増大できる
効果を損なわない範囲で大きくすればよい。

【００４５】本実施例によっても、前述の実施例と同様
の効果が得られる。

【００４６】尚、上記２つの実施例においては、全長中
性子吸収管と短尺中性子吸収管とを交互に並列してブレ
ードを形成しているが、必ずしも交互に並列させなくて
もよく、翼端部を除く幾つかの隣合う中性子吸収管を分
割された短尺中性子吸収管で形成したり、翼端部を除く
部分をすべて短尺中性子吸収管で形成してもよい。

【００４７】本発明のさらに他の実施例を図１１により
説明する。本実施例の構成は、ブレードにおける短尺中
性子吸収管の長さ及び並列方法が異なること以外は前述
の制御棒と同様である。図１１に示すように、本実施例
の制御棒のブレード１５Ｂは、翼端部を除く位置にそれ
ぞれ長さの異なる短尺管４がブレード幅方向に並列して
配置されている。但し、翼端部には、軸方向全長にわた
って延びる全長管１が配置されている。この配列は、特
に原子炉内の中性子線の照射分布を考慮して吸収材の配
置を考えながら分割するものである。

【００４８】本実施例によれば、制御棒の剛性が低下す
ることにより前述の２つの実施例と同様の効果が得られ
るだけでなく、中性子吸収材のブレード方向の配置を原
子炉内の中性子線の照射分布を考慮したものとすること
ができ、原子炉内の中性子線の照射分布に対応した制御
棒とすることができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、所定の側壁厚さの管部
分と４つの角部分とで構成される管状部材の円柱状穴に
中性子吸収材を収容して中性子吸収管とするので、構造
強度が大きくなり、かつ構造が単純で比較的軽量とな
り、さらに多量の中性子吸収材を収容することができ
る。

【００５０】また、端部を除いたブレードの少なくとも
１部を短尺中性子吸収管で構成するか、または複数の全
長中性子吸収管とこの間で軸方向に隔てて配置される複
数の短尺中性子吸収管とで構成し、短尺中性子吸収管の
軸方向に隣接した位置に間隙を形成するので、制御棒の
剛性が低下する。また、中性子吸収能力が要求される翼
端部にも中性子吸収材を確実に配置することができ、ス
クラム挿入時に燃料サポートに衝突したり、こすれたり
しない。従って、原子炉内への挿入が容易に行える。

【００５１】また、上記間隙をすべて一定にするので、
短尺中性子吸収管を軸方向に一様に分布させることがで
き、一様に制御棒の剛性を低下できる。

【００５２】また、全長中性子吸収管と短尺中性子吸収
管とをブレード幅方向に交互に並列して配置するので、
上記間隙を広く分布させ、一様に制御棒の剛性を低下で
きる。また、剛性が低下する作用を損なうことなく、中
性子吸収材の収容量の減少を極力抑制することができ
る。さらに、製作が容易にでき実用的となる。

【００５３】また、複数の中性子吸収管を長さの異なる
複数の中性子吸収管で構成するので、剛性が低下するだ
けでなく、原子炉内の中性子線の照射分布に対応するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による制御棒の全体図であ
る。

【図２】図１に示した制御棒のブレード部分の図であ
る。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の断面図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ方向の断面図である。

【図５】図４のＶ部拡大図である。

【図６】図４のＶＩ部拡大図である。

【図７】（ａ）は図２のＶＩＩ部拡大図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ方向の断面図である。

【図８】地震発生時の燃料チャンネルの振幅と、ある一
定の挿入距離（ストローク）までの挿入時間との関係を
示す図である。

【図９】間隙の大きさをパラメータとした中性子吸収管
の軸方向の分割数と断面二次モーメントとの関係を示す
図である。

【図１０】本発明の他の実施例による制御棒のブレード
部分の図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例による制御棒のブ
レード部分の図である。

【符号の説明】

１全長管２短尺管２ｂ間隙２ｃ端栓３短尺管３ｂ間隙４短尺管１０制御棒１３中性子吸収部１４タイロッド１５ブレード１５Ａブレード１５Ｂブレード２０中性子吸収材２１ａ，２１ｂ管状部材２２ａ，２１ｂ円柱状穴２３ａ，２１ｂ管部分２４ａ，２１ｂ角部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川島範夫茨城県日立市幸町３丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者後藤靖之茨城県日立市幸町３丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向の円柱状穴が形成されかつ所定の
側壁厚さを有する管部分及び前記管部分と一体に形成さ
れ前記管部分の外周上に９０°毎に設けられた４つの角
部分で構成される管状部材と、前記円柱状穴に収容され
た中性子吸収材とを有する複数の中性子吸収管を幅方向
に並置し、相隣り合う前記角部を接合してブレードを形
成し、このブレードを十字形に配置した制御棒におい
て、前記複数の中性子吸収管のブレード端部を除いた少
なくとも一部を前記ブレードの全長より短い短尺中性子
吸収管で構成し、これらの短尺中性子吸収管の軸方向に
隣接した位置に間隙を形成したことを特徴とする制御
棒。
【請求項２】軸方向の円柱状穴が形成されかつ所定の
側壁厚さを有する管部分及び前記管部分と一体に形成さ
れ前記管部分の外周上に９０°毎に設けられた４つの角
部分で構成される管状部材と、前記円柱状穴に収容され
た中性子吸収材とを有する複数の中性子吸収管を幅方向
に並置し、相隣り合う前記角部を接合してブレードを形
成し、このブレードを十字形に配置した制御棒におい
て、前記複数の中性子吸収管を、前記ブレードのほぼ全
長にわたって位置する複数の全長中性子吸収管と、前記
ブレードの全長より短い複数の短尺中性子吸収管とで構
成し、前記短尺中性子吸収管を前記全長中性子吸収管の
間で軸方向に隔てて配置し、これらの短尺中性子吸収管
の軸方向に隣接した位置に間隙を形成したことを特徴と
する制御棒。
【請求項３】請求項２記載の制御棒において、前記間
隙はすべて一定長さであることを特徴とする制御棒。
【請求項４】請求項２記載の制御棒において、前記全
長中性子吸収管と前記短尺中性子吸収管とが前記ブレー
ド幅方向に交互に並列して配置されていることを特徴と
する制御棒。
【請求項５】軸方向の円柱状穴が形成されかつ所定の
側壁厚さを有する管部分及び前記管部分と一体に形成さ
れ前記管部分の外周上に９０°毎に設けられた４つの角
部分で構成される管状部材と、前記円柱状穴に収容され
た中性子吸収材とを有する複数の中性子吸収管を幅方向
に並置し、相隣り合う前記角部を接合してブレードを形
成し、このブレードを十字形に配置した制御棒におい
て、前記複数の中性子吸収管を長さの異なる複数の中性
子吸収管で構成したことを特徴とする制御棒。