JPH0658416B2 - 制御棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉の運転時に使用する制御棒に係り、特に
沸騰水型原子炉用の長寿命型制御棒に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉の運転時に使用される制御棒には一般に
ステンレス鋼製のボイズン管に炭化ホウ素粉末が充填さ
れた中性子吸収棒が配置されている。しかしこの構造に
よると炭化ホウ素粉末が中性子を吸収してヘリウムガス
が発生し、内圧が上昇するとともにステンレスが腐食さ
れるという問題があつた。この問題を解決するために、
例えば特開昭53−74697 号公報によつて開示されたよう
に、制御棒の半径方向の外側端部及び上端部に核的，機
械的に寿命の長い長寿命型中性子吸収棒を配置したもの
が知られている。この吸収棒はハフニウム金属棒，ハフ
ニウム製パイプ，ユウロピウム，ステンレス鋼製ボイズ
ン管にＢ−１０を濃縮した炭化ホウ素粉末を充てんした
ものなどが考えられる。

第９図に沸騰水型原子炉で使用されている従来の十字型
制御棒の構造を示す。制御棒はブレード１，中性子吸収
棒２，落下速度リミツタ３，カツプリングソケツト４，
ローラ５，ハンドル６などから構成される。そして従来
の沸騰水型原子炉においては、炉心内に制御棒の上部だ
けを浅く挿入する場合が多かつた。この場合の制御棒挿
入位置と制御棒まわりの相対出力分布との関係を第１０
図に示す。このとき制御棒は上部の約１／４しか挿入さ
れておらず、この位置は炉心高さの約１／４にほぼ等し
い。このためこのまま運転を続けると、制御棒上端が最
も中性子照射量が多くなる。

また、制御棒を深く挿入した場合には、第１１図に示す
ように制御棒挿入部の出力分布は、制御棒上端と炉心下
端との中間で最も大きくなる傾向にある。従つて中性子
照射量も制御棒を４分割した上から２番目の領域で最も
大きくなることが多い。そして従来は炉心では浅く挿入
する制御棒と深く挿入する制御棒とを同一の制御棒で併
用するため、制御棒の寿命末期における中性子照射量は
第１２図に示すように、上部の１／４領域で最も多くな
つていた。現行の制御棒の耐用年数は、制御棒有効長の
１／４の部分の反応度劣化が初期反応度の１０％に達し
た時点と定められているため、第１２図に示すような中
性子照射量分布の場合には、上端の１／４領域の中性子
照射量で耐用年数が決定する。従つて、従来炉心の運転
に用いられる制御棒を長寿命化しようとする場合には、
上端の１／４部分に核的，機械的寿命の長い長寿命型中
性子吸収材を用いることが効率的であつた。さらに上端
の１／４部分の中でも最上端部の外側の翼端部では局所
的に中性子束が大きくなるので、従来の長寿命型制御棒
は最上端部と翼端部にハフニウムなどの長寿命型中性子
吸収材を配置したものとなつていた。

一方、本願出願人によつて提案される特公昭58−29877
号公報及び特公昭58−29878 号公報で開示されたような
改良炉心によると、無限増倍率を燃料の上部で高く下部
で低くすることにより、燃料自身が軸方向出力分布平坦
化の効果を持つので、浅挿入制御棒による軸方向出力分
布の調整が不要となり、深挿入制御棒のみで炉心の制御
を行なうことが可能となつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような改良炉心に使用される深挿入制御棒の寿
命末期における中性子照射量分布は、第１３図に示すよ
うに上部から２番目の１／４領域において照射量が最も
多い。このため従来のように上端の１／４領域に長寿命
型中性子吸収材を用いた制御棒では、長寿命化の効果が
不十分になるという問題があつた。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、深挿入制
御棒のみで運転が可能な原子炉に用いられる、効率的に
長寿命化を図ることのできる制御棒を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、中心を軸方向に貫
通し上下端にはそれぞれ上部支持板８及び下部支持板９
の取り付けられたタイロッド７に放射状に固設され、上
下端部をそれぞれ前記上下部支持板８、９に支持された
翼状の制御棒シース１０内に、多数の中性子吸収棒１１
と翼端には１本の長寿命型中性子吸収棒１２とを上下間
にわたって配列した制御棒において、前記制御棒シース
１０の上下方向にほぼ４等分された４領域の上から２番
目の領域２０に限り、前記中性子吸収棒１１の配列と前
記シース１０との間のほぼ全面にわたり、ハフニウムの
薄板１２ａを配置したことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記の構成によると、通常の中性子吸収棒は炭化ホウ素
粉末を用い、低エネルギ側の中性子吸収能力が高く、一
方、ハフニウムは炭化ホウ素に比べて高エネルギ側の中
性子吸収能力が高い。そのため、通常の中性子吸収棒を
ハフニウムの板で囲んだ構造とすることにより、より広
範囲のエネルギの中性子吸収が可能となり、中性子吸収
能力が高まる。

しかも、原子炉運転時に深挿入制御棒を使用した場合
に、最も中性子照射量の多い上から２番目の領域に、ハ
フニウムの板を配置したので、この領域の反応度劣化速
度を遅くすることができ、制御棒の耐用期間を効果的に
長くすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る制御棒の実施例を参考例とともに図
面を参照して説明する。

第１図，第２図及び第３図に本発明の参考例を示す。制
御棒は第１図に示すように、中心に軸方向に貫通する断
面十字状のタイロツド７が設けられており、このタイロ
ツド７の上下端にはそれぞれ上部支持板８及び下部支持
板９が取付けられている。このタイロツド７に放射状に
固設され前記上下部支持板８，９に支持された十字状の
制御棒シース１０内には、中性子吸収棒１１と長寿命型
中性子吸収棒１２とが設けられている。そしてこの制御
棒シース１０は軸方向にほぼ４等分された４領域から構
成されている。１３は上部支持板に取付けられたハンド
ルである。

前記制御棒シース１０の最上部の１／４領域及び上から
２番目の領域２０における断面をそれぞれ第２図及び第
３図に示す。タイロツド７及びシース１０に囲まれた内
部に中性子吸収棒１１及び長寿命型中性子吸収棒１２が
配設されている。中性子吸収棒１１はステンレス鋼製の
ボイズン管１４の中にＢ₄Ｃ の炭化ホウ素粉末１５が
充填されたものである。また長寿命型中性子吸収棒１２
はハフニウム製金属棒、ハフニウム製パイプ、ユウロピ
ウム、ステンレス鋼製ボイズン管などにＢ−１０を濃縮
した炭化ホウ素粉末が充填されたものである。第２図に
示すように、最上部の領域では制御棒翼端の１本を長寿
命型中性子吸収棒とし、中性子照射量の多い上から２番
目の領域２０では第３図に示すように翼端の４本を長寿
命型中性子吸収棒１２としている。

次に、本参考例の作用を説明する。翼端にのみ長寿命型
中性子吸収棒１２を配置する理由は、第８図に示すよう
に制御棒ブレード内位置に対する中性子束分布が翼端で
大きくなつているためである。従つて長寿命型中性子吸
収棒１２は第３図に示すように、翼端から順次内側へ配
置していくことが効率的である。

制御棒を長寿命化するためには、すべての中性子吸収棒
をハフニウム棒などの長寿命型中性子吸収棒とする方が
よいが、ハフニウム比重が大きいため制御棒重量が増加
する結果、スクラム時の制御棒挿入速度が遅くなるため
好ましくない。またハフニウムが高価であるなどの問題
がある。このため一部だけを長寿命型中性子吸収棒にし
てある。

本参考例によれば、原子炉が深挿入制御棒のみで運転さ
れ、制御棒の軸方向４等分のうち上から２番目の領域で
中性子照射量が多くなる場合に、この領域の中性子照射
による反応度劣化速度が遅いので、長寿命型中性子吸収
棒１２が少ないにもかかわらず、十分な長寿命化の効果
が期待できる。

尚、一番上の領域と２番目の領域に配置する長寿命制御
棒１２の数は必ずしも本参考例のように１本と４本であ
る必要は無い。

本発明の一実施例を第４図に示す。本実施例において
は、上から２番目の領域２０において長寿命型中性子吸
収棒１２の数を増加させる代わりに、通常の中性子吸収
棒１１とシース１０の間に長寿命型中性子吸収板１２ａ
を配置した構造となつている。

本実施例の制御棒翼断面図を第５図に示す。

翼端の１本はハフニウム棒の長寿命型中性子吸収棒１２
を配置し、その内側には通常の中性子吸収棒１１を取囲
むようにハフニウムの薄板１２ａをシース１０に取付け
ている構造となつている。

本実施例によつても、通常の中性子吸収棒１１の外側に
設置されたハフニウム薄板１２ａによつて中性子の２０
％程度が吸収されるので長寿命化の効果があり、これを
上から２番目の領域に限ることによつて、スクラム特性
に影響を与えず、経済的にも有効な長寿命型制御棒とな
る効果がある。

本実施例の変形例を第６図に示す。第６図は制御棒の上
から２番目の領域の翼部断面図であり、翼端には長寿命
型中性子吸収棒１２、それとタイロツド７の間には、ハ
フニウム板を加工し、重量軽減を図つた長寿命型中性子
吸収材１２ｂを配置した。

本変形例によつて、前述の実施例と同様の効果が得られ
る。

本発明の他の参考例を第７図に示す。

本例は基本的には第１図に示した参考例と同じものであ
る。但し、本例では、制御棒最上端に長寿命型中性子吸
収材１２ｃを配置している。

深挿入制御棒のみを用いる場合の軸方向の局所的な中性
子束分布を見ると、第１１図からわかるように、制御棒
の先端部で照射量がやや大きくなつていることがわか
る。本実施例の長寿命型中性子吸収材１２ｃはこれに対
応して、制御棒先端部における局所的な反応度劣化が起
こらないようにしたものである。中性子吸収材１２ｃと
してはハフニウム板，ハフニウム棒を並べたものの他、
第６図に示すハフニウム材１２ｂのような形状のもの等
が考えられる。なお、第１１図の出力分布から明らかな
ように、領域２０の下半分のみに長寿命型中性子吸収棒
を多く配置してもよい。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、深挿入制御棒のみで運
転が可能な原子炉に用いられる制御棒を軸方向にほぼ４
等分して設けられた４領域のうち、中性子照射量の最も
多い上から２番目の領域にハフニウムの板を配設したの
で、低エネルギ側ばかりでなく高エネルギ側までより広
範囲のエネルギの中性子を効率的に吸収できるととも
に、制御棒の長寿命化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御棒の参考例を示す一部破断正
面図、第２図は第１図の最上部領域の翼断面図、第３図
は第１図の上から２番目の領域の翼断面図、第４図は本
発明の一実施例を示す一部破断正面図、第５図は第４図
の上から２番目の領域の翼断面図、第６図は本実施例の
変形例の翼断面図、第７図は本発明の他の参考例を示す
一部破断正面図、第８図は制御棒ブレード内位置と中性
子束分布との関係を示すグラフ、第９図は沸騰水型原子
炉用制御棒の外観斜視図、第１０図は制御棒挿入位置と
相対出力との関係を示すグラフ、第１１図は制御棒深挿
入時の出力分布を示すグラフ、第１２図は従来の炉心の
制御棒中性子照射量分布を示すグラフ、第１３図は改良
炉心の制御棒中性子照射量分布を示すグラフである。 １１……中性子吸収棒、１２……長寿命型中性子吸収
棒、２０……上から２番目の領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心を軸方向に貫通し上下端にはそれぞれ
   上部支持板８及び下部支持板９の取り付けられたタイロ
   ッド７に放射状に固設され、上下端部をそれぞれ前記上
   下部支持板８、９に支持された翼状の制御棒シース１０
   内に、多数の中性子吸収棒１１と翼端には１本の長寿命
   型中性子吸収棒１２とを上下間にわたって配列した制御
   棒において、 前記制御棒シース１０の上下方向にほぼ４等分された４
   領域の上から２番目の領域２０に限り、前記中性子吸収
   棒１１の配列と前記シース１０との間のほぼ全面にわた
   り、ハフニウムの薄板１２ａを配置したことを特徴とす
   る制御棒。