JPH0789156B2

JPH0789156B2 - 制御棒

Info

Publication number: JPH0789156B2
Application number: JP62035573A
Authority: JP
Inventors: 孝雄五十嵐; 佑一郎吉本; 敏菅原; 隆福本; 善一郎遠藤; 荘蔵斉藤; 勝利新保; 章西村; 通裕小沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63204194A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、制御棒に係り、特に沸騰水型原子炉に適用す
るのに好適な制御棒に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉に用いられる制御棒は、横断面が十字形
をしており、４枚のブレードを有している。各ブレード
は、Ｕ字形に曲げられたシース内に多数の中性子吸収棒
を配置して構成される。各シースは、制御棒の軸心に設
けられているタイロッドに取付けられている。中性子吸
収棒は、タイロッド、シース、タイロッドの上端部に取
付けられた上部支持部材及びタイロッドの上端部に取付
けられたベロシティリミッタの上面によって形成される
空間内に、固定されることなく一列に配列されて配置さ
れている。

上記の制御棒の中性子吸収棒は、被覆管内にB₄C粉末を
充填したものであって、機械的及び核的寿命が短いとい
う問題があった。

このような問題は、特開昭53−74697号公報及びU.S.P.
4,285,769号明細書（Fig.9D）に示された制御棒によっ
てある程度解消される。これに示された制御棒は、中で
も中性子照射量の多い上端部及びブレードの翼端部に核
的・機械的寿命の長い長寿命型中性子吸収棒を配置して
いる。すなわちこれらの制御棒は、ブレードの上端部及
び翼端部にハフニウム（Hf）あるいはユーロピウム（E
u）等の長寿命型中性子吸収材を配置し、それ以外の部
分にはステンレス鋼製の細長い被覆管中にボロンカーバ
イト（B₄C）粉末を充填したポイズン管を配している。
しかしながら、これらの制御棒は、長寿命型中性子吸収
材が制御棒の一部にしか用いられておらず、長寿命型中
性子吸収材のみで構成された制御棒に比べて寿命が短い
という問題があった。

この問題を解決するため、制御棒の中性子吸収材をすべ
て、ハフニウム等の長寿命型中性子吸収材に置換えるこ
とが考えられている。この制御棒の例として、特開昭59
−192992号公報の第４図に示すものがある。この制御棒
は、すべての中性子吸収棒をハフニウムにて構成し、上
部にて中実のハフニウムを下部に中空のハフニウムを配
置している。中実のハウニウム領域は、中性子吸収棒の
下端から中性子吸収棒、全長の3/4の位置より上方に配
置している。

特開昭57−171293号公報は、中性子吸収棒の上下端面と
上部支持部材及びベロシティリミッタ上面との間に、シ
ョックアブソーバ、すなわち薄肉のステレスパイプを水
平方向に挿入している制御棒を示している。このステン
レスパイプは、制御棒の通常時又はスクラム時の駆動に
際して中性子吸収棒が上部支持部材及びベロシティリミ
ッタに与える衝撃を緩和するために設けられている。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

発明者等は、特開昭59−192992号公報の第４図に示す制
御棒を用いた沸騰水型原子炉の特性を詳細に検討した結
果、この制御棒では炉停止余裕が小さくなるという問題
を新たに発見した。すなわち、この公知の制御棒を用い
た沸騰水型原子炉は、一本の制御棒が炉心に挿入されな
かった状態で原子炉が停止した時における実効増倍率Ke
ffが安全性の点から要求される0.99を越えることがわか
った。

さらに、特開昭59−192992号の公報の第４図に示す制御
棒は、特開昭57−171293号公報のようなショックアブソ
ーバとして機能するステンレスパイプを設けていない。
しかし、例え設けたとしても、特開昭57−171293号公報
に示す制御棒が有している問題点を解消するものではな
い。

すなわち、開昭57−171293号公報は、ショックアブソー
バとしてのステンレスパイプを設けることによって、B₄
Cを充填した中性子吸収棒と上記構造材との間に生じる
ギャップを低減している。ブレード内の4mの長さを有す
る中性子吸収棒の長さを等しくすることは困難であり、
各々の中性子吸収棒間で平均２〜3mm、最大５〜6mmの範
囲で長さにバラツキが生じる。従って、ブレード内のす
べての中性子吸収棒と上記ステンレスパイプとの間のギ
ャップを零にすることはできない。原子炉スクラム時に
おける１秒間での炉心内への制御棒急速挿入後の急停止
時において、各中性子吸収棒にとてつもなく大きな加速
度が作用する。このような制御棒挿入完了時の急速停止
に至る急速減速によって、上端部に位置しているステン
レスパイプとの間のギャップを形成している中性子吸収
棒はそのステンレスパイプに勢り良く衝突する。従っ
て、ステンレスパイプは１回のスクラム操作で、押潰さ
れ（特にステンレスパイプとの間に大きなギャップを有
している中性子吸収棒によって、以後のスクラム操作に
対しては緩衝機能を果さくなる可能性があり、制御棒の
挿入端側にある構造材が中性子吸収棒によって衝撃を受
け易くなる。特に中性子吸収棒をHfにて構成した場合に
は、ステンレスパイプは前述の如く１回のスクラム操作
によって潰れ易い。

さらには、ブレードを構成するシースが、外側に広がっ
て変形するおそれがある。これを防止するために、ブレ
ード中央にステンレス棒を配置して、このステンレス棒
にシースを溶接することも考えられる。しかしながら、
その分、制御棒内の中性子吸収材の量が減少するので、
制御棒の価値が低下する。

本発明の目的は、原子炉の停止時において十分な炉停止
余裕を得ることができ、中性子吸収材を著しく減少させ
ることなくブレードを構成するシースの変形を防止で
き、しかも、制御棒が寿命となるまでの長時間にわたっ
てスクラム時に中性子吸収棒が制御棒挿入端側の構造材
に与える衝撃を単純な構造で防止できる制御棒を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成する本発明の特徴は、吸収核連鎖型中
性子吸収材にて構成された複数の中性子吸収体が配置さ
れた中性子吸収領域、及び前記中性子吸収領域を取囲む
シースを備えると共に、原子炉の炉心に下方から挿入さ
れるブレードと、前記中性子吸収体に形成された凹部ま
たは貫通孔内に挿入され、対向する前記シースの側壁間
に配置され、かつ前記対向する側壁にそれぞれ取付けら
れたシース変形防止手段と、前記ブレード内に設けられ
て前記中性子吸収体と係合し、前記中性子吸収体の軸方
向への移動を拘束する中性子吸収体拘束支持手段とを有
し、前記中性子吸収領域は、軸方向に延びる複数の中性
子吸収体がシースの側壁間に一列に配列されて形成さ
れ、軸方向で上下二領域に分割されており、前記下部領
域における軸に垂直な断面に含まれる前記吸収核連鎖型
中性子吸収材の量が前記上部領域における軸に垂直な断
面に含まれるその量よりも少なく、前記上部領域と前記
下部領域との境界が前記中性子吸収領域の下端から、前
記中性子吸収領域の軸方向全長の3/8〜5/8の範囲に位置
することにある。

〔作用〕

前述した吸収核連鎖型中性子吸収材とは、中性子吸収反
応により生成される核種あるいはその壊変核種の中にさ
らに中性子を吸収する核種があらわれる中性子吸収効果
の減衰が遅い中性子吸収材を意味する。吸収核連鎖型中
性子吸収材の具体的な物質としては、Hf、Eu₂O₃、Ta、D
y₂O₃及びAg−In−Cd合金等がある。

前述のように吸収核連鎖型中性子吸収材の量が多い上部
領域とその量が少ない下部領域との境界を中性子吸収領
域の下端から中性子吸収領域の軸方向全長の3/8〜5/8の
範囲に位置させることによって炉停止余裕が上昇する理
由を以下に説明する。

沸騰水型原子炉の停止時の炉心軸方向における中性子イ
ンポータンス分布は、第11図に示すようになる。この原
子炉停止時の中性子インポータンス分布は、炉心上部に
ピークを有している。

特開昭59−192992号公報の第４図に示すような、ハフニ
ウム量の多い上部領域とハフニウム量の少ない下部領域
を有する制御棒、具体的には後述の第１図に示すような
上部領域で、太径部を下部領域で細径部を有するハフニ
ウム棒を備えた制御棒を炉心内に完全挿入して、原子炉
を停止させた場合で、最大価値の制御棒１本が炉心内に
挿入されなかった時における炉心の実効倍増率が、上部
領域と下部領域との境界の位置が異なる制御棒に対して
変化する状態を第12図に示す。第12図の特性は、原子炉
停止中に第11図のような中性子インポータンス分布を生
じる原子炉において求めたものである。実効増倍率Keff
が１で、原子炉は臨界状態になる。

第12図の横軸は、中性子吸収材が配置された中性子吸収
材充填領域の軸に垂直な横断面での中性子吸収材の量が
多い上部領域とその横断面での中性子吸収材の量が少な
い下部領域との境界の位置、すなわち中性子吸収材充填
領域の下端からの境界の位置を示している。零が中性子
吸収材充填領域の下端であり、8/8が中性子吸収材充填
領域の上端である。第12図の縦軸は、実効増倍率を示し
ている。上記の如く１本の制御棒が挿入されない場合で
も、外乱等により原子炉が臨界にならないように実効増
倍率Keffを0.99以下にすることが望ましい。上部領域と
下部領域との境界が中性子吸収材充填領域の下端から中
性子吸収材充填領域の軸方向全長の5/8を越えて配置さ
れた場合は、第11図に示す上部領域に中性子インポータ
ンスのピークが存在するにもかかわらず、上部領域のハ
フニウム量が減少するので、実効増倍率が急激に増大す
る。これは、炉停止余裕が急激に減少することを意味
し、原子炉停止時における原子炉の安全性が損われるこ
とになる。また、上部領域と下部領域との境界が中性子
吸収材充填領域の下端から中性子吸収材充填領域の軸方
向全長の3/8より下方に配置された場合は、第11図の中
性子インポータンス分布との関係で実効増倍率が上記境
界が上記軸方向全長の3/8に配置された時の実効増倍率
の値に等しく変化しない。これは、上部領域と下部領域
との境界をあまり下方に配置しても炉停止余裕が増加し
ないことを意味し、制御棒の重量が増加につながるだけ
である。制御棒の重量増加は、制御棒駆動装置による制
御棒操作を困難にする。特にハフニウム等の吸収核連鎖
型中性子吸収材は、B₄Cに比べて著しく重く、制御棒の
重量を軽減することも大きな課題である。

以上述べたように、ハフニウム等の吸収核連鎖型中性子
吸収材にて構成した中性子吸収体を用いた制御棒では、
上部領域と下部領域との境界は、中性子吸収材充填領域
の下端から中性子吸収材充填領域の軸方向全長の3/8〜5
/8の範囲（第12図の範囲Ra）に配置する必要がある。上
記の範囲に上部領域と下部領域との境界を配置すること
によって、吸収核連鎖型中性子吸収材にて構成した中性
子吸収体を用いた制御棒は、制御棒駆動装置によって操
作可能な重量となる。

ブレードの厚み方向に対向するシースの両側壁を連結す
るシース変形防止手段を、中性子吸収体に設けられた凹
部又は貫通孔内に配置しているので、ブレード内の吸収
核連鎖型中性子吸収材の減少量はわずかなものとある。
従って、制御棒価値は、あまり低下しない。

更に、中性子吸収体が中性子吸収体の軸方向への移動を
拘束する中性子吸収体拘束支持手段と係合しているの
で、原子炉スクラム時に中性子吸収体が制御棒挿入端側
の構造材に衝撃を与えることを制御棒の寿命期間にわた
って防止できる。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉に適用した本発明の実施例である制御棒
を第１図及び第２図により説明する。

制御棒は、第２図に示す外観形状を有している。すなわ
ち、制御棒１は、横断面が十字形をしており、軸心から
四方に伸びる４枚のブレード２を有している。ブレード
２の下方にベロシティリミッタ17が設けられる。ハンド
ル18はブレード２の上端に取付けられる。図示されてい
ないが、制御棒は、原子炉圧力容器内において、原子炉
圧力容器に設置された制御棒駆動装置と着脱可能に連結
されている。ベロシティリミッタ17の下端部が制御棒駆
動装置に着脱可能に連結される。制御棒１のブレード２
の形状を第１図、第３図及び第４図に基づいて説明す
る。各ブレード２は、制御棒１のブレード軸心に配置さ
れたSUS製のタイロッド11に両端部が取付けられたＵ字
形シース（SUS製）12及びシース12内に設けられた中性
子吸収棒３から構成される。上部保持部６がタイロッド
11の上端部に、下部保持部７がタイロッド11の下端部に
それぞれ溶接にて取付けられる。Ｕ字状のシース12の上
端部は、上部保持部材６を取囲み、上部保持部６に点溶
接にて取付けられる。シース12の下端部は、下部保持部
７を取囲み、下部保持部７に点溶接にて取付けられる。
シース12には多数の孔が設けられており、制御棒１を原
子炉内に設置された時、これらの孔を通してシース12内
に原子炉内の冷却水が流入する。この冷却水は、後述す
る中性子吸収棒３を冷却する。

ハンドル18は、タイロッド11の上端に取付けられ、しか
も上部保持部６上に固定されている。ベロシティリミッ
タ17はタイロッド11の下端に取付けられる。下部保持部
７は、ベロシティリミッタ17に固定されている。特に、
上部保持部６を新たに設けずにハンドル18の下端部を上
部保持部６として用いてもよい。また、下部保持部７を
新たに設けずにベロシティリミッタ17の上端部を下部保
持部７として用いてもよい。

中性子吸収棒３は、第３図及び第４図に示すように、シ
ース12内に配置され、しかもタイロッド11に取付けられ
たSUS製の上部及び下部保持部６及び７の間に配置され
る。中性子吸収棒３は、ハフニウム金属の丸棒を用い
る。中性子吸収棒３は、第１図に示すように、太径部４
及び細径部５からなっている。太径部４は、及び細径部
５はハフニウムの丸棒である。中性子吸収棒３の軸方向
全長は360cmであり、太径部４及び細径部５の軸方向の
長さは各々180cmである。太径部４及び細径部５は直径
が異なり、太径部４は4.8mmφ、細径部５は3.4mmφであ
る。太径部４はブレード２の上部に細径部５はブレード
２の下部に配置されている。中性子吸収棒３は、太径部
４の下端に細径部５の上端を接触させて、太径部４及び
細径部５の軸心を一致させ、それらを溶接にて接合した
ものである。この接合によって太径部４から細径部５に
かけて連続的に直径が変化する。図示できない程度のテ
ーパ部（軸方向長さ:2〜3mm）が形成される。このテー
パ部は、細径部５の一部である。１つのブレート２内に
中性子吸収棒３が21本装填されている。太径部４及び細
径部５は、中性子吸収棒３、（ブレード２内の中性子吸
収材充填領域）の軸方向長さの1/2ずつを占めている。
従って、本実施例のブレード２は、中性子吸収棒３が配
置されている中性子吸収材充填領域の下端から中性子吸
収材充填領域の軸方向全長の1/2の位置より下方の下部
領域（中性子吸収材充填領域の軸方向全長の1/2の長
さ）と、その位置より上方の上部領域（下部領域と同じ
長さ）を比較すると、上部領域の軸方向の大部分におい
て軸に垂直な断面での吸収核連鎖型中性子吸収材、すな
わちハフニウム量は下部領域で少なくなっている。

なお、本実施例に用いられる中性子吸収棒３は、詳細に
言えば、第５図及び第６図に示すように２種類の構造が
ある。第５図に示す中性子吸収棒3Aは、太径部４の上端
部に軸心に垂直に溝4Aを有している。溝4Aは太径部４の
上端（中性子吸収棒3Aの上端）から細径部５側に少し離
れた場所に位置しているので、太径部４の溝4Aより上方
の部分に突起部4Cが形成される。溝4Aの突起部4C側の壁
面の高さ（底部からの高さ）がその壁面に対向している
溝4Aの他方の壁面の高さ（底部4Bからの高さ）よりも低
くなるように突起部4Cが削られている。中性子吸収棒3A
は、細径部５の横断面積が溝4Aの部分を除いた太径部の
軸方向の大部分の横断面積よりも小さくなっている。第
６図に示す中性子吸収棒3Bは、中性子吸収棒3Aの構造
に、さらに溝4Dを形成したものである。溝4Dは、周方向
に連続した状態で太径部４に設けられ、軸方向に６箇所
存在する。中性子吸収棒３の軸方向における溝4Dの長さ
は2cmである。中性子吸収棒3Aは溝4Aの部分を、また中
性子吸収棒3Bは溝4A及び６箇所の溝4Dの部分を除いた各
々の太径部４の軸方向の部分、すなわち各々の太径部４
の軸方向の大部分における横断面積よりも、細径部５の
横断面積が小さくなっている。中性子吸収棒3A及び3Bの
太径部４及び細径部５とも、軸方向の大部分で太さが一
様である。２本の中性子吸収棒3Bは、ブレード２の幅方
向の中央部に配置される。

次に、各中性子吸収棒３を上部保持部６に取付ける構造
について説明する。上部保持部６は、第７図に示すよう
な溝6A及び突起部6Bを設けている。すなわち、上部保持
部６の一側面に開口する溝6Aが、上部保持部６の下端部
に上部保持部６の長手方向に設けられる。溝6Aより上部
保持部６の下端側に連続した突起部6Bが形成される。

中性子吸収棒3A及び3Bは、前述の上部保持部６によって
保持される。この状態を詳細に説明する。中性子吸収棒
3A及び3Bの各突起部4Cが上部保持部６の溝6A内に挿入さ
れる。反対に中性子吸収棒3A及び3Bの溝4B内に上部保持
部６の突起部6Bが挿入される。従って、中性子吸収棒3A
及び3Bの突起部4Cが上部保持部６の突起部6Bによって保
持されるので、中性子吸収棒3A及び3Bは、シース12内で
第８図のように上部保持部６の宙吊りの状態（懸垂状
態）で支持される。

シース12内で隣接している中性子吸収棒3B間に横断面が
Ｈ型をしている金具９の中央部が配置される（第９
図）。金具９は、ブレード２の軸方向に12個配置され
る。すなわち金具９は、太径部４が存在するブレード２
の上部領域に６個、細径部５が存在するブレード２の下
部領域に６個設けられている。隣接している中性子吸収
棒3Bの太径部４間に配置されている金具９は、その中央
部を対向する各太径部４の溝4D内に挿入されている。上
記中央部につながる金具９の両側壁部は、対向するシー
ス12の両側壁に面しており、点溶接によてシース12の両
側壁に固定される。隣接している中性子吸収棒3Bの細径
部５相互間の、空間16内に配置される金具９のシース12
への取付状態を第10図に示す。この金具９の両側壁部も
それぞれシース12に点溶接される。上部及び下部領域に
取付けられる金具９は、中性子吸収棒３とは接合されて
いない。金具９は、シース12と同様にSUSであるので、
シース12との点溶接が可能である。ハフニウムとSUSの
溶接はできない。

本実施例の制御棒は、ブレード２の外面の直角な方向に
おける中性子吸収材領域の厚みがブレード２の軸方向で
異なっている。すなわち、ブレード２の側面に直角な方
向における吸収核連鎖型中性子吸収材（ハフニウム）の
厚みは、直径の大きな中性子吸収棒３の太径部４が存在
するブレード２の上部領域で厚く、直径の小さな中性子
吸収棒３の細径部５が存在するブレード２の下部領域で
薄くなっている。

シース12は、内側に突出する突起部８を両側面に有して
いる。これらの突起部８は、シース12の構造材の一部を
内側に突出させて構成したものである。突起部８は、第
１図及び第２図に示すように、ブレード２の側面に直角
な方向における吸収核連鎖型中性子吸収材の厚みが薄い
領域、すなわち中性子吸収棒３の細径部５が配置されて
いる制御棒１の下部領域に設けられる。中性子吸収棒３
の細径部５は、シース12の両側に設けられた対向してい
る２つの突起部８によって狭持されている。このような
対の突起部８が、ブレード２の下部でその長手方向に数
箇所設けられる。

本実施例の制御部１は、沸騰水型原子炉の炉心に上端の
ハンドル18側から挿入される。中性子吸収材領域の上部
保持部６側が、制御棒挿入端側である。

制御棒１は、上部領域と下部領域との境界が中性子吸収
材充填領域の下端から中性子吸収材充填領域の軸方向全
長の1/2の位置に配置されているので、第11図の中性子
インポータンス分布に対応させて、効果的な中性子吸収
能力を炉心内に全挿入された原子炉停止中に得ることが
できる。すなわち、第12図から明らかな如く、原子炉停
止時に最大価値の１本の制御棒１が炉心内に挿入されな
い場合でも、沸騰水型原子炉の実効増倍率Keffは0.986
となる。このように制御棒１を用いることによって、原
子炉の炉停止余裕を大きくでき、原子炉の安全性が向上
する。

制御棒１は、前述のように太径部４及び細径部５からな
る中性子吸収棒３をブレード２内に配置しているので、
制御棒１の重量はB₄Cを充填した中性子吸収棒からなる
従来の制御棒とほぼ同じ重量になる。従って、本実施例
の制御棒１は、従来の制御棒を操作する制御棒駆動装置
によって容易に操作することができる。すなわち、良好
な制御棒１の操作性が得られる。また、制御棒１のブレ
ード２の幅は、従来の制御棒の幅と同じである。このた
め、原子炉圧力容器内の炉心下方に設けられている制御
棒案内管及び炉心支持板に設置される燃料支持金具を大
きくする等の変更を行う必要がない。

中性子吸収棒３は、中性子吸収材としてHfを用いてい
る。吸収核連鎖型中性子吸収材であるHfは、中性子を吸
収してもガスを発生しない。従って、制御棒の中性子吸
収棒３は、機械的寿命が増大する。また中性子吸収棒３
は、吸収核連鎖型中性子吸収材であるHfを用いているの
で中性子を吸収して新たな中性子吸収材が生成され、核
的寿命も増加する。ここで、中性子吸収棒３の太径部４
の直径は、沸騰水型原子炉に用いられる従来の制御棒に
設けられてB₄Cを充填した中性子吸収棒の直径にほぼ等
しい。中性子吸収棒３の軸方向長さは、従来の制御棒の
子吸収棒と同様に燃料集合体の燃料有効長（366cm）に
実質的に等しい。燃料集合体の燃料有効長とは、燃料ペ
レットが充填される領域の軸方向の長さである。

このような構成により制御棒の重量は従来の制御棒と同
程度に押えられ、また制御棒の反応度制御能力も従来制
御棒と同程度となり、その寿命は上部領域で従来の４倍
と高く、下部領域でも３倍となっている。

本実施例は、前述のように中性子吸収棒３がタイロッド
11に固定された上部保持部６に係合されているので、原
子炉のスクラム時に制御棒１が炉心内に急速挿入された
場合でも、中性子吸収棒３の制御棒挿入端側の端部（第
１図においては上側の端部）が上部保持部６に衝突する
ことが完全に防止できる。すなわち、太径部４の上端部
に設けられた溝4Aと上部保持部６の突起部6Bとが係合し
て溝4Aの上下側面が突起部6Bの上下面に接触しているの
で、原子炉スクラム完了直前での急減速による中性子吸
収棒３の上方への移動を完全に防止でき、中性子吸収棒
３の挿入端側の端部と上部保持部６との衝突を防止でき
る。また、中性子吸収棒３と上部保持部６の前述の係合
構造は、構造上も単純なものである。このような溝4Aと
突起部6Bとの係合状態は、制御棒１の寿命中保持される
ので、中性子吸収棒３と上部指持部６との衝突は制御棒
１が寿命になるまでの長期間にわたって起り得ない。

前述のような中性子吸収棒３と上部保持部６との係合
は、以下に示す上部領域が太径部４と下部領域が細径部
５とからなる中性子吸収棒３を備えた制御棒１特有の問
題点をも解消することができる。太径部４及び細径部５
からなる中性子吸収棒３をブレード２内に設置した場
合、第１図に示すように隣接する中性子吸収棒３は太径
部４どうしが接触している。しかし、隣接する中性子吸
収棒３の細径部５間には、第１図に示すような間隙16が
形成される。このため、中性子吸収棒３の細径部５の下
端部が下部支持部７に係合されていないと、原子炉スク
ラム時の制御棒の急減速時に中性子吸収棒３が上方に移
動して上部保持部６に衝突するとともに、中性子吸収棒
３の細径部５がこの衝突時の慣性力によって第13図に示
すように湾曲し、細径部５の下端が寸法Ｈだけ上方に持
ち上げられる。従って、中性子吸収棒３と上部保持部６
との衝突時に一時的に中性子吸収材充填領域が上方に向
って寸法Ｈだけ短縮されることになり、原子炉スクラム
時における炉心下部の中性子吸収能力が低下することに
なる。本実施例は、第８図に示すように中性子吸収棒３
と上部保持部６とが係合されて中性子吸収棒３が懸垂さ
れており、太径部４の荷重が細径部５に作用しないの
で、原子炉スクラム時の制御棒の急速挿入操作において
第13図に示す細径部５の湾曲現象が生じにくく、中性子
吸収材充填領域の短縮化も生じにくい。従って、本実施
例では、スクラム時に炉心領域下部の中性子吸収が阻害
されることはない。

隣接する細径部５相互間に間隙16が形成されることによ
る細径部５のブレード２の幅方向のずれは、間隔16内に
スペーサ（図示せず）を挿入することによって防止でき
る。さらに、細径部５のブレード２の側面に直角な方向
での移動は、後述するようにシース12に設けられた突起
部８によって防止できる。

シース12の側面の内面に突出した突起部８によって中性
子吸収棒３の細径部５が保持されるので、中性子吸収棒
３の細径部５がシース12内でシース12の側面、すなわち
ブレード２の側面に直角な方向に移動することを制御で
きる。このため制御棒１が原子炉内に挿入されている間
に、中性子吸収棒３の細径部５が、地震、冷却水の流動
振動等にてシース12内でブレード２の厚み方向に移動
し、反応度制御に支障を与える可能性がなくなる。さら
にこのような反応度の変動を抑制できる突起部８を設け
ることは、シース12の曲げ剛性を高めることにつなが
り、シース12の厚みを薄くできる。これによっても制御
棒１の重量が軽減できる。

制御棒１は、さらにブレード２内に金具９を配置して対
向するシース12の側壁を連結しているので、シース12が
外側に向って変形することを防止できる。しかも金具９
を設置するためには、それを取付ける部分である太径部
４の直径を局部的に若干小さくするだけでよく、金具９
の設置によって減少するブレード２内の吸収核連鎖型中
性子吸収材（例えばHf）の量はわずかなものである。従
って、制御棒価値の減少度合が少ない。これは、ブレー
ド２内に１本のステンレス棒（軸方向長さは中性子吸収
棒３と同じ）を入れてこのステンレス棒にシース12を点
溶接した場合との比較により明らかである。

上記実施例の制御棒１を適用した沸騰水型原子炉の炉心
の一例を以下に説明する。

沸騰水型原子炉の炉心としては、U.S.P.4,460,538号
（対応日本特許：特公昭57−7397号公報）の第２図に示
す炉心が考えられている。U.S.P.4,460,538号の第２図
の炉心構造は、上記公報４カラム、24行〜６カラム、35
行に述べられた構成になっている。この第２図の炉心構
造は、原子炉運転中に炉心内に挿入されて原子炉出力の
調節を行う出力調節用制御棒と、原子炉運転中に炉心か
ら完全に引抜かれて原子炉停止時に炉心に急速に完全挿
入される原子炉停止用制御棒を有している。出力調節用
制御棒も、原子炉停止時に炉心内に完全に挿入される。
出力調節用制御棒及び原子炉停止用制御棒は、U.S.P.4,
460,538号の第２図に示すように交互に１つずつ配置さ
れ、しかもチェッカボード状に配置されている。

出力調節用制御棒は、原子炉運転中にほとんど炉心内に
挿入され、中性子が連続的に照射される。従って、前述
した実施例の制御棒１を、出力調節制御棒として用いる
ことが望ましい。原子炉停止用制御棒は、原子炉運転中
に炉心から完全に引抜かれているので中性子を吸収する
割合が少ない。従って、原子炉停止用制御棒としては、
U.S.P.4,285,769号（対応日本特許：特公昭58−44237号
公報）の15カラム,35〜57行及びFig.9Aに示す制御棒を
用いる。この制御棒は、十字形のブレード内にB₄Cを充
填した多数の中性子吸収棒を配置したものであり、吸収
核連鎖中性子吸収材を有していない。このB₄Cを充填し
た中性子吸収棒の軸方向長さは、燃料集合体の燃料有効
長と実質的に同じである。両者の制御棒を操作する制御
棒駆動装置の構造は、同じものである。沸騰水型原子炉
の場合、制御棒駆動装置は、炉心を内蔵する原子炉容器
の下部に設置される。これらの制御棒は、下方より炉心
に挿入される。

本発明の制御棒の他の実施例を以下に説明する。

まず、第14図に示す。本実施例の制御棒21は、十字型に
配置された４枚のブレード22をそれぞれ構成するシース
12内に、中性子吸収棒３と同じ軸方向長さを有する中性
子吸収棒23と中性子吸収棒３の半分の長さを有する中性
子吸収棒24を交互に配置したものである。中性子吸収棒
23及び24は、ハフニウムの丸棒にて構成される。中性子
吸収棒23及び24とも、各々の上端部には第５図に示す溝
4A及び突起部4Cがそれぞれ設けられる。これらの中性子
吸収棒は、中性子吸収棒3A及び3Bと同様にして、すなわ
ち等８図の如く上部保持部６（図示せず）に懸垂され
る。中性子吸収棒23及び24の直径は同じであり、各々の
中性子吸収棒とも上端部を除いて軸方向の太さは一様で
ある。なお本実施例は、突起部８が設けられていない点
及び中性子吸収棒の形状を除いて、制御棒１と同じ構造
を有している。下部領域における金具９は、隣接する中
性子吸収棒23間の間隙に配置されている。本実施例も制
御棒１と同様に中性子吸収材充填領域の下端からその軸
方向全長の1/2の位置で上部及び下部領域に分割され、
上部領域の軸に垂直な断面でのハフニウム量が下部領域
の同断面でのハフニウム量よりも多くなっている。

このような制御棒21は、制御棒１と同様な効果を得るこ
とができる。

以上述べた実施例は、ブレード内にハフニウムの丸棒に
て構成される中性子吸収棒を配置したものである。しか
しながら、中性子吸収棒の横断面を矩形することも可能
である。第15図及び第16図は、横断面が矩形の中性子吸
収棒を用いた制御棒を示している。第15図及び第16図
は、制御棒のブレード内における中性子吸収棒の配置を
示しているが、他の構造は制御棒１と同じである。

第15図に示す制御棒26は、シース12を有する各々のブレ
ード27内に横断面が矩形をしたハフニウムにて構成され
る複数の中性子吸収棒28が配置されている。中性子吸収
棒28は、下端から全長の1/2の位置で上部及び下部領域2
9及び30に分割され、横断面が矩形の上部領域29の横断
面積が横断面を矩形した下部領域30の横断面積よりも大
きくなっている。下部領域30は、ブレード27の面に垂直
な方向で横断面積が上部領域29のそれよりも絞られてい
る。

第16図に示す制御棒31は、中性子吸収棒28とほぼ同じ形
状をした複数中性子吸収棒32を中性子吸収棒28を90゜回
転させた状態でブレード33を構成するシーケス12内に配
置したものである。中性子吸収棒32も、ハフニウムにて
構成されている。ブレード33の側面に垂直な方向におけ
る中性子吸収棒32の厚みは、ブレード22の幅方向におけ
る中性子吸収棒28の厚みよりも厚くなっている。制御棒
26及び31は、制御棒１と同じ効果を得ることができる。
ただし、制御棒26は、ブレード27の幅方向への下部領域
30のずれを防止する手段を設置する必要がない。また制
御棒31は、シース12に突起部８を設ける必要がない。

第17図はハフニウムにて構成された板状の中性子吸収体
33を示している。中性子吸収体33も、その下端から中性
子吸収体33の軸方向全長の1/2の位置で上部領域34及び
下部領域35に分割されている。上部領域34の上端部に
は、中性子吸収棒3A及び3Bと同様に溝36及び突起部37が
形成されている。上部領域34は上端部を除く軸方向の大
部分で横断面積が一様である。また下部領域35は横断面
積が上部領域34の溝36の部分を除いて上部領域34の軸方
向の大部分の横断面積よりも小さく、上部領域34に連絡
される部分である上端部を除いて軸方向の大部分で横断
面積が一様である。中性子吸収体33は、制御棒１のブレ
ード２内に中性子吸収棒３の代りに設置される。中性子
吸収体33の上端部にある溝36及び突起部37が、上部保持
部の突起部6B及び溝6Aに係合される。このような制御棒
は、制御棒１の効果を得ることができると同時に中性子
吸収体33の加工が著しく容易である。なぜならば、ハフ
ニウム板の下部の両面を削るだけでよい。

第18図に、制御棒の軸方向に沿った中性子吸収材充填領
域の中性子照射量分布を示す。図中、上端は中性子吸収
材充填領域の上端下端は中性子吸収材充填領域に対応す
る。図中の数字は、中性子照射量の最大値で基準化した
それぞれの位置での相対値を表わしている。第18図によ
れば、中性子吸収材充填領域の上端からその軸方向全長
の3/4の領域で中性子照射量が多いことがわかる。これ
を基に、軸方向に沿って中性子吸収材の分量を変えた制
御棒の他の実施例第19図及び第20図に示す。

第19図に示す制御棒40は、ブレード41を構成するシース
12内に複数の中性子吸収棒42を配置している。これらの
中性子吸収棒42は、ハフニウムの丸棒にて構成され、そ
れらの上端部が第８図に示すような構造にて上部保持部
６に係合されている。中性子吸収棒42は、その下端から
中性子吸収棒42の全長の1/2の位置で上部領域である太
径部43及び下部領域である細径部44に分割されている。
下部領域は、さらに中性子吸収棒42の下端から下部領域
の軸方向長さの1/2の位置で中間部44A及び最下部44Bに
分割されてる。中性子吸収棒42の太径部43の直径は4.8m
m、中間部の直径は3.9mm及び最大部44Bの直径は2.8mmと
なっている。これらの各部の直径は、第18図の照射量分
布に基づいて決められている。各部の直径は、各々の領
域の軸方向で一様である。制御棒40の他の構造は、制御
棒１と同じである。本実施例の制御棒40も、制御棒１と
同様な効果を得ることができる。

第20図に示す制御棒45は、制御棒40の中性子吸収棒42の
中間部44を太径部43の直径から最下部44Bの直径に向っ
て徐々に減少するようにテーパ状にした中性子吸収棒46
を、ブレード47を構成するシース12内に配置したもので
ある。他の構成は制御棒40と同一である。

次に、ブレード２内に設置されてシース12の外側への変
形を防止する構造の他の実施例、特に上部領域に適用す
るのに好適な構造の他の実施例を第21図に基づいて説明
する。第21図は、第１図のIII−III断面に対応する横断
面を示している。本実施例のシース12の外側への変形を
防止する構造は、第９図の金具９に替えてリング状の金
具14を用いたものである。リング状の金具14は、隣接す
る２本の中性子吸収棒3Bに設けられた溝4D内に挿入され
たり、２本の中性子吸収棒3Bに巻き付けられている。溝
4Dの軸方向長さは金具14の軸方向長さより長くしてあ
り、金具14と中性子吸収棒3Bは固定されていない。金具
14のシース12に対向する両面がシース12に点溶接によっ
て固定されている。本実施例の構造は、第９図に示す構
造に比べて金具14の取付けが面倒であるが、第９図の構
造と同じ効果を生じる。

第22図は、シース12の外側への変形を防止する構造の他
の実施例で第１図のIII−III断面に対応する横断面を示
している。ブレード２の幅方向の中央部で、中性子吸収
棒3Aの間に中性子吸収棒3Aの直径の２倍の幅を有する矩
形のハフニウム棒15が配置されている。このハフニウム
棒15の軸方向に12箇所貫通孔15Aが設けられている。各
貫通孔15Aは、ブレード２の側面に垂直な方向を向いて
いる。各貫通孔15A内に貫通孔15Aの内径と同じ外径を有
するSUS製の金具19が挿入される。金具19の両端は、各
々の対向するシース12の側壁に点溶接されている。本実
施例の構造も、第９図に示す構造と同一の効果を得るこ
とができる。

制御棒１における下部領域でのシースの外側への変形を
防止する構造の他の実施例を第23図及び第24図に基づい
て説明する。第23図の断面構造は、第１図のＸ−Ｘ断面
に対応する横断面を示している。金具29は、対向するシ
ース12の側壁間と同じ幅を有するステンレス板であり、
中性子吸収棒３の細径部５の外径と同じ内径を有する穴
29Aをブレード２内の中性子吸収棒３の本数と同じ個数
だけ設けている。金具29は、下部領域の軸方向に６箇所
配置されている。金具29の各穴29A内に各中性子吸収棒
３の細径部５が挿入されている。金具29の両側面は、任
意の部分でシース12の対向する両側壁に点溶接される。
このような金具29によって、シース12の外側への変形が
防止されるとともに細径部５のブレード２の側面に垂直
な方向及びブレード２の幅方向への移動を防止できる。
このため、金具29を用いた制御棒１は、シース12の突起
部８を設ける必要がなく、さらに細径部５のブレード２
の幅方向への移動を防止する別の手段を設ける必要がな
い。

第21図〜第23図の構造は、第14図〜第16図、第19図及び
第20図の制御棒に、さらに後述する第25図の制御棒に適
用することができる。

最後に、本発明の他の実施例である制御棒、すなわち中
性子吸収棒３を制御棒１にブレード２内で懸垂させ構造
を替えた制御棒を第25図〜第27図に基づいて説明する。

本実施例の制御棒50は、中性子吸収棒51をシース12内で
配置したものである。すなわち、中性子吸収棒51は、第
25図に示すようにシース12内に配置され、しかもタイロ
ッド11に取付けられたSUS製の上部保持部６及び下部保
持部７の間に配置されて保持される。中性子吸収棒51
は、シース12、上部保持部６及び下部保持部７に接合さ
れていなく、シース12、保持部６及び７によって囲まれ
た空間内に配置されているにすぎない。

中性子吸収棒51は、Hfの丸棒であって下端から中性子吸
収棒51の全長の1/2の位置までとこの1/2の位置から上端
までとでは横断面積が異なっている。すなわち、中性子
吸収棒51の直径は、下端から全長の1/2までの細径部53
が3.4mmであり、全長の1/2から上端まで太径部52が4.8m
mである。

本実施例の中性子吸収棒51は、中性子吸収棒３の如く上
端部に溝4A及び突起部4C設けていなく、替りに太径部52
に溝52Aを設けている。

中性子吸収棒51は、シース12に点溶接にて固定された保
持部材54にて太径部52が支持される。このため、中性子
吸収棒51は、その両端が上部保持部６及び下部保持部７
に接触することなく、シース12内に宙吊りの状態（懸垂
状態）で支持されている。この中性子吸収棒51の支持構
造を第26図及び第27図に基づいて詳細に説明する。

保持部材54は、一対の保持部54A及び54Bからなってい
る。保持部54A及び54Bは、１つのブレード２内の中性子
吸収棒51の本数と同じ数の半円状の切欠部55を有してい
る。保持部54A及び54Bは、各ブレード２の上部でしかも
シース12内でブレード２の幅方向（制御棒１の軸心に直
角な方向）に各々の切欠部55が対向するように配置され
ている。保持部54A及び54Bは、シース12と同様にSUS製
であり、点溶接にてシース12に取付けられている。56が
その点溶接部である。中性子吸収棒51の太径部52の一部
に、直径が太径部52よりも若干小さくなるように溝52A
が形成されている。この溝52A内に対向して配置された
保持部54A及び54Bの一部が挿入される。このため各々の
中性子吸収棒51は、太径部52において保持部材54に支持
され、吊下げられている。中性子吸収棒51の上端と上部
保持部６との間及び中性子吸収棒51の下端（制御棒駆動
装置連結側の端）と下部保持部７との間には、原子炉内
での熱膨張による中性子吸収棒51の軸方向伸びを吸収す
るための間隙17が形成されている。

本実施例の制御棒51は、制御棒１と同じ効果を得ること
ができる。さらに、本実施例は、シース12の内側に保持
部54A及び54Bを取付けているので、シース12の外側への
ふくらみを防止することができる。特に、このシース12
の外側へのふくらみの防止は、保持部54Aと保持部54Bと
ねじまたは溶接等により結合することによってより確実
なものとなる。

第28図は、保持部材の他の実施例を示している。この保
持部材57は、１つの部材からなっておりブレード２の側
面に直角な方向で保持部材57Cの中心から一面に延びる
切欠部57Aを有している。切欠部57の数は、中性子吸収
棒51の本数に等しい。シース12内に配置された全中性子
吸収棒51溝52A内に保持部材57の一部を挿入している。
保持部材57は、両側面が点溶接部56にてシース12に固定
される。

本実施例の制御棒も、前述した実施例と同様な効果を得
ることができる。さらに、保持部材57は、１つの部材か
らなっており、前述の保持部材54に比べて製作が容易で
ある。

第27及び第28図の構造は、第14図〜第17図、第19図及び
第20図の制御棒に適用することができる。

本発明の他の実施例である制御棒1Aを第29図に基づいて
説明する。本実施例の制御棒1Aは、制御棒１の中性子吸
収棒3Aを中性子吸収棒3Cに置換えるとともに制御棒１の
シース12に設けられた突起部８を取除いた形状を有す
る。以上の点を除いた制御棒1Aの構造は、制御棒１と同
じである。

中性子吸収棒3Cの構造を第30図及び第31図に基づいて説
明する。中性子吸収棒3Cは、ハフニウムにて構成される
中実部4E及び中空部5Aを有している。中実部4Eの下端と
中空部5Aの上端が、溶接にて接合される。60がその溶接
部である。中実部4Eの上端部には、軸心に垂直な溝4Aが
設けられている。溝4Aより中実部4Eの上端側（中性子吸
収棒3Cの上端側）に、突起部4Cが形成される。4Bは、溝
4Aの底部である。中実部4E及び中空部5Aとも、外径4.8m
mである。中空部5Aは、内部に内径3.4mmの孔部5Bを有し
ている。このため、中実部4Eの横断面積は、中空部5Aの
横断面積よりも大きく、横断面のハフニウム量は中空部
5Aより中実部4Eで多くなっている。中実部4Eの軸心と中
空部5Aの軸心とは一致している。また孔部5Bの軸心も、
中空部5Aの軸心と一致している。中空部5Aの横断面積は
軸方向で一様であり、中実部4Eの横断面積も溝4A及び突
起部4Cが形成される上端部を除いた軸方向の大部分で一
様である。中実部4Eが上部領域Ｕであり中空部5Aが下部
領域Ｄである。これらの領域の境界は、中性子吸収棒3C
の下端から中性子吸収棒3Cの軸方向全長の1/2の位置に
ある。

第29図に示すように、ブレード２の中央部に２本の中性
子吸収棒3B（第６図）が配置され、その左右に合計19本
の中性子吸収棒3Cが配置される。中性子吸収棒3B及び3C
とも、第８図に示すように突起部4Cが上部保持部６の溝
6A内に挿入され、溝4A内に上部保持部６の突起部6Bが挿
入されて、上部保持部６に係合されるとともに懸垂され
ている。

制御棒1Aの上部領域Ｕの横断面（例えばIII−III断面）
は、第３図と同じである。金具９は、第９図に示すよう
に中性子吸収棒3B間に配置され、対向するシース12に両
側壁を結合している。制御棒1Aの下部領域Ｄの横断面の
構造は、第32図に示すようになっている。下部領域Ｄに
も、上部領域Ｕと同様に軸方向に６個の金具９が配置さ
れる。下部領域Ｄの各金具９は、第10図と同様に隣接す
る２本の中性子吸収棒3Bの細径部５間に形成される間隙
16に配置され、対向するシース12の両側壁に点溶接にて
取付けられている（第33図）。

制御棒1Aにおいても上部保持部６側より炉心内に挿入さ
れる。

中性子吸収棒3Cの中実部4Eと中空部5Aとの境界と中性子
吸収棒3Bの太径部４と細径部との境界は、軸方向におい
て同じレベルに位置している。

図示されていないが、中性子吸収棒3Bの細径部５は、ブ
レード２の側壁に直角な方向及びブレード２の幅方向へ
の移動が拘束されている。

このような制御棒1Aは、制御棒１と同じ機能及び効果を
生じることができる。すなわち、第11図のインポータン
ス分布に対応させて効果的な中性子吸収能力を炉心内に
全挿入された原子炉停止中に得ることができ、原子炉の
炉停止余裕を大きくできる。制御棒1Aの重量は、制御棒
１と同じであり、従来の制御棒駆動装置によって操作で
きる。中性子吸収材としてハフニウムを用いているの
で、前述したよに核的及び機械的寿命が著しく長くな
る。原子炉スクラム時における制御棒1Aの炉心への急速
挿入によっても、制御棒１と同様に中性子吸収棒3B及び
3Cの上部保持部６への衝突を回避することができる。金
具９を用いているので、シース12の外方への変形を防止
できるとともに制御棒価値の減少を最小に抑えることが
できる。

さらに、制御棒1Aは、中性子吸収棒3Cを用いているの
で、制御棒１に比べて下部領域Ｄの中性子吸収能力が約
８％増大する。これは、中性子吸収棒3Cの下部領域Ｄの
表面積が、中性子吸収棒3Aの下部領域のそれよりも大き
いことに起因する。従って、下部領域のハフニウム量を
減少させたことによる制御能力への影響は、中性子吸収
棒3Cを用いることによって制御棒１よりも小さくでき
る。

第21図、第22図、第27図及び第28図の構造は、制御棒1A
に適用することができる。中性子吸収棒3Cの構造は、横
断面が短形の中性子吸収棒にも適用することができる。
このため、第15図及び第16図の制御棒26及び31も、上部
領域の横断面が矩形のハフニウム中実部及び下部領域の
横断面が矩形のハフニウム中空部からなる中性子吸収棒
にて構成することが可能である。

中性子吸収棒3B及び3Cは、ハフニウム以外の吸収核連鎖
型中性子吸収材にて構成することができる。さらに制御
棒1Aの上部領域Ｕと下部領域Ｄとの境界を、下部領域Ｄ
の下端（中性子吸収材充填領域の下端）から中性子吸収
材充填領域の軸方向全長（中性子吸収棒3B及び3Cの軸方
向全長）の3/8〜5/8の範囲内に位置させてもよいことは
言うまでもない。

第34図は、中性子吸収棒3Bの他の実施例である中性子吸
収棒3Dを示している。中性子吸収棒3Dは、中性子吸収棒
3Cと同様に中実部4Fからなる上部領域Ｕと中空部5Cから
なる下部領域Ｄとを有している。中実部4Fの構造は、中
性子吸収棒3Bの太径部４の構造と同じである。中空部5C
は、孔部5Dを有する７個の中空管に5E及び中実の６個の
結合部5Fから構成されている。結合部5Fには、金具９が
挿入される溝5Gが設けられている。中実部4F、中空管5D
及び接合部5Fは、ハフニウムにて構成される。結合部5F
は、中空管5Dの間に配置されて各々の中空管5Dに溶接に
て接合されている。最上部の中空管5Dの上端は、中実部
4Fの下端に溶接されている。中空部5Cも、中実部4Fと同
様、軸方向の太部分において横断面積が一様である。

このような中性子吸収棒3Dは、中性子吸収棒3Bの代りに
ブレード２の中央に２本配置される。

シース12に点溶接される12個の金具９は、溝4Dまたは5G
内に挿入される。中性子吸収棒3Bの代りに中性子吸収棒
3Dを用いた制御棒1Aも、前述の制御棒1Aと同じ効果を得
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ブレードの軸方向で、下部領域の吸収
核連鎖型中性子吸収材の量を減少させているので、原子
炉停止中における中性子インポータンス分布に対応させ
て効果的な中性子吸収能力を原子炉停止中に得ることが
できる。すなわち、炉停止余裕を増大できる。しかも制
御棒の重量を軽減できることによる制御棒の良好な操作
性を得ることができる。また、吸収核連鎖型中性子吸収
材を用いているので、制御棒の機械的及び核的寿命が長
くなる。吸収核連鎖型中性子吸収材の量を著しく減少さ
せることなくシースの外方への変形を防止できる。さら
には、制御棒が寿命になるまでの長期間にわたって原子
炉スクラム時に生じる中性子吸収体と制御棒の制御棒挿
入端側にある構造材との衝突を単純な構造で完全に防止
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である第２図の制御棒の１つ
のブレードの構造図、第２図は本発明の好適な一実施例
である制御棒の概観図、第３図は第１図第２図及び第29
図のIII−III断面図、第４図は第１図及び第２図のIV−
IV断面図、第５図及び第６図は第１図に示す中性子吸収
棒3A及び3Bの斜視図、第７図は第１図に示す上部保持部
の斜視図、第８図は第１図のVIII−VIII断面図、第９図
は第３図のIX部の拡大図、第10図は第１図及び第２図の
Ｘ−Ｘ断面図、第11図は原子炉停止中における中性子イ
ンポータンスの軸方向分布を示す特性図、第12図は中性
子吸収棒における上部領域と下部領域との境界の位置の
変化に伴う実効増倍率の変化を示す特性図、第13図は原
子炉スクラム時に中性子吸収棒3A及び3Bの細径部に生じ
る湾曲現象を示す説明図、第14図、第15図、第16図、第
19図及び第20図は本発明の他の実施例である制御棒の概
略構成図、第17図は中性子吸収体の他の実施例の斜視
図、第18図は軸方向における中性子照射量分布の特性
図、第21図、第22図及び第23図はシースの外側への変形
を防止する構造の他の実施例の横断面図、第24図は第23
図のXXIV−XXIV断面図、第25図は本発明の他の実施例で
ある制御棒のブレードの構造図、第26図は第25図のＹ−
Ｙ断面図、第27図は第26図のＷ−Ｗ断面図、第28図は第
27図の構造の他の実施例の構造図、第29図は本発明の他
の実施例である制御棒のブレードの詳細構成図、第30図
は第29図の中性子吸収棒3Cの詳細斜視図、第31図は第30
図のX1−X1断面図、第32図は第29図のX2−X2断面図、第
33図は第32図のX3部の拡大図、第34図は第６図の中性子
吸収棒3Bの他の実施例の縦断面図である。１、1A、21、31、40、45、50……制御棒、２……ブレー
ド、３、3A、3B、3C、3D、23、24、28、32、42、46……
中性子吸収棒、４……太径部、4A、4D、6A……溝、4C、
6B……突起部、4E、4F……中実部、５……細径部、６…
…上部保持、７……下部保持部、９……金具、11……タ
イロッド、12……シース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福本隆茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者遠藤善一郎茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者斉藤荘蔵茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者新保勝利茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者西村章茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者小沢通裕茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献特開昭63−121790（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−235595（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−204192（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−239087（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−76490（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸収核連鎖型中性子吸収材にて構成された
複数の中性子吸収体が配置された中性子吸収領域、及び
前記中性子吸収領域を取囲むシースを備えると共に、原
子炉の炉心に下方から挿入されるブレードと、前記中性子吸収体に形成された凹部または貫通孔内に挿
入され、対向する前記シースの側壁間に配置され、かつ
前記対向する側壁にそれぞれ取付けられたシース変形防
止手段と、前記ブレード内に設けられて前記中性子吸収体と係合
し、前記中性子吸収体の軸方向への移動を拘束する中性
子吸収体拘束支持手段とを有し、前記中性子吸収領域は、軸方向に延びる複数の中性子吸
収体がシースの側壁間に一列に配列されて形成され、軸
方向で上下二領域に分割されており、前記下部領域における軸に垂直な断面に含まれる前記吸
収核連鎖型中性子吸収材の量が前記上部領域における軸
に垂直な断面に含まれるその量よりも少なく、前記上部領域と前記下部領域との境界が前記中性子吸収
領域の下端から、前記中性子吸収領域の軸方向全長の3/
8〜5/8の範囲に位置する、ことを特徴とする制御棒。
【請求項２】前記下部領域における軸に垂直な断面に含
まれる前記吸収核連鎖型中性子吸収材の量が軸方向の大
部分で実質的に一様に存在すると共に、前記上部領域に
おける軸に垂直な断面に含まれる前記吸収核連鎖型中性
子吸収材の量が軸方向の大部分で実質的に一様に存在す
る特許請求の範囲第１項記載の制御棒。
【請求項３】前記中性子吸収体が軸方向に延びる板状形
状をなし、該複数の中性子吸収体が前記シースの側壁間
に一列に配列されている特許請求の範囲第１項記載の制
御棒。
【請求項４】前記吸収核連鎖型中性子吸収材がHf、Ta、
Ag−In−Cd合金、Eu₂O₃又はDy₂O₃である特許請求の範囲
第１項記載の制御棒。
【請求項５】前記中性子吸収体が前記吸収核連鎖型中性
子吸収材にて作られた中性子吸収棒であり、複数の前記
中性子吸収棒が前記中性子吸収領域に配置された特許請
求の範囲第１項記載の制御棒。
【請求項６】前記中性子吸収棒は、前記下部領域の太さ
が前記上部領域のそれよりも細くなっている特許請求の
範囲第５項記載の制御棒。
【請求項７】前記中性子吸収材棒の前記上部及び下部領
域の横断面がともに円あり、かつ前記上部及び下部領
域の各軸心が一致している特許請求の範囲第６項記載の
制御棒。
【請求項８】前記中性子吸収棒の中心軸間の距離が前記
上部領域及び前記下部領域でほぼ等しい特許請求の範囲
第６項記載の制御棒。
【請求項９】前記吸収核連鎖型中性子吸収材がHf、Ta、
Ag−In−Cd合金、Eu₂O₃又はDy₂O₃である特許請求の範囲
第６項記載の制御棒。
【請求項１０】前記上部領域に設けられた前記シース変
形防止手段である第１シース変形防止手段と、前記下部
領域において隣接した前記吸収核連鎖型中性子吸収材棒
相互間に形成される間隙内に挿入され、中性子吸収体に
形成された凹部または貫通孔内に一部分が挿入され、対
向する前記シースの側壁間に配置され、かつ前記対向す
る側壁にそれぞれ取付けられた第２シース変形防止手段
とを備えた特許請求の範囲第６項記載の制御棒。
【請求項１１】前記中性子吸収棒の前記上部領域が中実
であり、前記中性子吸収棒の前記下部領域が中空である
特許請求の範囲第５項記載の制御棒。