JPH0961575A

JPH0961575A - 原子炉用制御棒

Info

Publication number: JPH0961575A
Application number: JP7214583A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ueda; 精植田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】シースと中性子吸収棒との熱膨張率の差に基づ
く熱サイクルに伴う応力を防止して制御棒の健全性を保
持する。【解決手段】長尺シース２内に複数のハフニウム棒１を
挿入してウイング３となし、シース２の一端に先端構造
材４を固設し、他端に末端構造材５を固設し、ハフニウ
ム棒１は先端構造材４側が太径部１ａで末端構造材５側
が細径部１ｂからなる。細径部１ｂは長手方向に所定の
間隔を有して対面するシース２間方向および隣接するハ
フニウム棒１間の距離の太径部１ａと略等しいスペーサ
８として機能する短尺の外形拡大材をシース２と摺動自
在に固着し、隣接したハフニウム棒１の相互の間隔が外
形拡大材８により太径部１ａと同様に保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉用制御棒に係
り、とくに沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲと略する）に好
適な長寿命ハフニウム型の原子炉用制御棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲの制御棒は、通常細長いＵ字状の
横断面を有する複数の長尺シース内に、複数の中性子吸
収材を挿入して４枚のウイングを構成し、これら４枚の
ウイングの挿入先端に先端構造材を接続し、挿入末端に
末端構造材を接続し、そしてウイングのＵ字の開口部を
十字状タイロッドにそれぞれ固設して断面十字型に構成
されている。

【０００３】従来の前記ＢＷＲ用制御棒はシースにステ
ンレス鋼（以下ＳＵＳと略する）を使用し、中性子吸収
材に直径５mm程度のＳＵＳ管内にＢ₄Ｃ粉末を充填した
中性子吸収棒が使用されている。

【０００４】しかし、Ｂ₄Ｃ粉末のボロンは中性子と反
応してヘリウム（Ｈｅ）とリチウム（Ｌｉ）となり、核
的寿命が短く、つまり、中性子吸収能力が劣化し易く、
機械的寿命が短い、つまり、Ｈｅの内圧増加等により健
全性が劣化しやすい。

【０００５】そこで、長寿命が必要な制御棒に対して
は、長寿命型の中性子吸収材であるハフニウム（Ｈｆ）
を従来の中性子吸収棒の一部または全部と入れ替えて構
成した制御棒が実用されるようになった。

【０００６】Ｈｆは比重が約13で極めて大きく、従来の
Ｂ₄Ｃを用いる中性子吸収棒と同一横断面のＨｆ棒を用
いた場合、中性子吸収能力（反応度価値）はほぼ同じな
がら、制御棒全体の重量は約 1.5倍に増大し、稼動中の
原子炉にバックフィットすることができない。

【０００７】このため、ＢＷＲで特徴的な挿入末端側の
約半分では中性子吸収能力を低下させても差支えないと
いう点に着目して、挿入末端側のＨｆ棒の直径を挿入先
端側より細くする構造の制御棒が提案されている。

【０００８】しかしながら、ウイングの厚みは挿入の全
長で一様でないと操作性に支障を来すため一様な厚さと
されており、細径化された部分では、中性子吸収棒間や
シースとの間を一定に保持する特殊なスペーサが必要と
なっている。

【０００９】図12はＨｆ棒１を中性子吸収棒として使用
した従来の長寿命ハフニウム型制御棒を例示したもので
ある。同図（ａ）は制御棒全体を示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）におけるＨｆ製中性子吸収棒となるＨｆ棒を示す
立面図、（ｃ）は（ｂ）のａ−ａ線に沿って切断した横
断面図を示す。

【００１０】中性子吸収棒を構成するＨｆ棒１は横断面
が細長いＵ字状ＳＵＳ製シース２内に平板状に配列され
てウイング３が構成され、４枚のウイング３は先端構造
材４、末端構造材５およびタイロッド６により結合さ
れ、十字状長寿命ハフニウム型制御棒７が構成される。

【００１１】Ｈｆ棒１は全長 3.6ｍで、そのほぼ中央部
に太径部１ａと細径部１ｂとの境界が設けられている。
この境界は隣接するＨｆ棒１間で長さ方向と直角方向に
ほぼ一直線状になっている。

【００１２】Ｈｆ棒１の細径部１ｂには隣接Ｈｆ棒１間
の距離およびシース２間距離を太径部１ａと同じに保つ
ように細径部１ｂを挿入する孔が設けられたスペーサ８
が配置されている。スペーサ８はＨｆの細径部１ｂに所
定の間隔をおいて複数個設けられ、シース２に溶接など
で固着されている。なお、図中符号９は通水孔、10は落
下速度リミッタ、11はソケット、12は通水溝である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】細長いＵ字状の横断面
を有するＳＵＳ製シース２内で、シース２内部の厚み方
向の幅より直径の小さいＨｆ棒１を正しく保持するに
は、その制御棒７が実機原子炉内でどのような状態にさ
らされるかを正しく理解しなければならない。ＢＷＲ炉
心の環境は、原子炉定格運転中の水温は 290℃であり、
冷態停止中は20〜30℃である。

【００１４】ＳＵＳの熱膨張係数（17.8×10-6/deg-C）
はＨｆのそれ（5.9 ×10-6/deg-C）に比べて３倍程度に
大きいことが例えば『原子炉材料ハンドブック』（日刊
工業新聞社）などに開示されている。制御棒７は室温で
製造されるため、運転中は相対的にシース２が伸び、Ｈ
ｆ棒１が縮むことになる。

【００１５】したがって、仮にＨｆ棒１の細径部１ｂに
ＳＵＳ製スペーサ８を強固に取り付け、これをＳＵＳ製
シース２に溶接などで固着した構成を想定すると、温度
上昇に伴い、Ｈｆ棒１はＳＵＳ製シース２の伸びを抑制
することになり、逆に運転中に正常な状態であったとす
ると、運転停止に伴う水温度の低下により、ＳＵＳ製シ
ース２は収縮しようとするが、Ｈｆ棒１がそれを妨げ
る。

【００１６】これらの熱サイクルの場合に発生する応力
はＳＵＳ製スペーサ８とＳＵＳ製シース２との固着点に
集中することになる。Ｈｆは重いため、少しでも制御棒
の重量増加を抑制するために、シースは薄めに設定する
必要がある。すなわち、シース２には健全性を損なう可
能性のあることが予想される。

【００１７】ＢＷＲ環境でもう一つ考慮しなければなら
ない点として、Ｈｆは 290℃付近では表面が酸化され、
内部を保護する皮膜が形成されることである。この際、
皮膜の形成によりＨｆの直径は大きくなり、ＳＵＳ製ス
ペーサとの間の小さな間隙を埋めてしまう可能性が考え
られることである。ＳＵＳはこの程度の温度では酸化し
ない。

【００１８】したがって、Ｈｆ棒１を包み込むように構
成されたスペーサ８では、Ｈｆ棒１との間に十分な間隙
を設けないとスペーサ８とＨｆ棒１とは固着し、熱サイ
クルに伴い、前述の応力が発生し、シースの健全性を損
なう課題がある。

【００１９】シース２とＨｆ棒１とが辛うじて摺動でき
る状態を想定すると、熱サイクルでＨｆ棒１の皮膜は機
械的に剥ぎ取られ、一部は炉水中に浮遊し、炉水の放射
能濃度上昇の原因となり、一部はシース２とＨｆ棒１と
の隙間に詰まり、固着の原因を増大させる。Ｈｆ表面で
は皮膜が削り取られた後には新しく酸化皮膜が形成され
る。

【００２０】熱サイクルとＨｆ表面の酸化皮膜とは、ス
ペーサがシースに固着されているかぎり、いつかはシー
スに応力を発生させ、シースの健全性に支障を来す恐れ
があること、そして制御棒の炉内滞在期間が長くなるに
つれてその恐れは高まる課題がある。

【００２１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、シース材と中性子吸収材との熱膨張率の差に
基づくサイクルに伴う応力を防止して健全性を保持でき
る原子炉用制御棒を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、細長いＵ字状の横断面を有する複数の長尺シース内
に、ハフニウムまたはハフニウム合金からなる複数の中
性子吸収棒を挿入してウイングを構成し、前記シースの
長手方向の一端に先端構造材を固設し、この先端構造材
と対向する他端に末端構造材を固設し、前記中性子吸収
棒は長手方向に前記先端構造材側に太径部を有し、末端
構造材側に細径部を有するように構成した原子炉用制御
棒において、前記細径部は長手方向に所定の間隔を有
し、前記シース内の上下方向および隣接する前記中性子
吸収棒間の長さの前記太径部と略等しいスペーサを前記
シースと摺動自在に固着し、前記隣接する中性子吸収棒
相互間を前記スペーサにより保持してなることを特徴と
する。

【００２３】請求項２に記載の発明は、前記スペーサは
ハフニウム、ハフニウム合金、またはジルコニウム合金
からなることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、
前記中性子吸収棒の細径部に切り込みを設け、この切り
込み位置を覆うように前記スペーサを配置してなること
を特徴とする。

【００２４】請求項４に記載の発明は、前記スペーサの
内面と前記中性子吸収棒の細径部との間に通水間隙を設
けてなることを特徴とする。請求項５に記載の発明は、
前記ウイング幅方向の略中央部で少なくとも中性子吸収
棒の細径部に、軸方向に所定の間隔をおいて対面するシ
ース板間にスペーサの機能を有する短尺のスティフナを
固着してなることを特徴とする。

【００２５】請求項６に記載の発明は、前記中性子吸収
棒の太径部と細径部の境界を前記ウイング長さ方向の中
心の位置から分散させてなることを特徴とする。請求項
７に記載の発明は、前記ウイング１枚あたりの大部分の
中性子吸収棒の前記境界部を前記隣接する中性子吸収棒
間で段違いに配置するか、または略ランダムに配置して
なることを特徴とする。

【００２６】請求項８に記載の発明は、前記ウイングの
外縁部の２cm以内で前記太径部を前記中性子吸収棒全長
の 1/2より長く、その他の部分を短くしてなることを特
徴とする。

【００２７】請求項９に記載の発明は、前記ウイング１
枚内の多数の中性子吸収材のうち、一部の中性子吸収材
は全長にわたって太径部のものを配置し、その太径部に
細径部を形成してその細径部にスペーサを保持してなる
ことを特徴とする。

【００２８】請求項１０に記載の発明は、前記ウイング
幅方向の略中央部で全長にわたってシース板間にスペー
サとしての機能とシース強度確保と制御棒の荷重を支え
ることができる局所ステフィナを配置固着してなること
を特徴とする。

【００２９】請求項１１に記載の発明は、前記ウイング
幅方向の略中央部で全長にわたって、孔を開けた細長い
板状のハフニウムまたはハフニウム合金を配置し、前記
ハフニウムまたはハフニウム合金の孔に、熱膨張率の差
に基づく移動を許容できる程度のシースと溶接できる孔
より細いシース固着用の金属を挿入し、この金属をシー
スに溶接して構成してなることを特徴とする。

【００３０】請求項１２に記載の発明は、細長いＵ字状
の横断面を有する複数の長尺シース内に、このシースと
異なる材質の異なるハフニウムまたはハフニウム合金か
らなる複数の中性子吸収棒を挿入してウイングを構成
し、前記シースの長手方向の一端に先端構造材を対向す
る他の一端に末端構造材を固設し、前記中性子吸収棒は
長手方向に沿って先端構造材側に太径部を有し、末端構
造材側に細径部を有するように構成した原子炉用制御棒
において、前記中性子吸収棒の細径部に長手方向に所定
の間隔を有し隣接する中性子吸収棒を太径部と同じ間隔
でかつウイング厚さ方向の厚みを太径部と同じ厚みに保
持するスペーサを装着し、前記ウイング幅方向の略中央
部に前記ウイングの軸方向に所定の範囲で可動自在にス
ティフナの機能を有する固着材に固着材係合スペーサを
係合してなることを特徴とする。

【００３１】請求項１３に記載の発明は、細長いＵ字状
の横断面を有する複数の長尺のシース内に、ハフニウム
またはハフニウム合金からなる複数の中性子吸収棒を挿
入してウイングを構成し、前記シース内の長手方向の一
端に先端構造材を固設し、前記先端構造材と対向する他
端に末端構造材を固設し、前記中性子吸収棒は長手方向
に前記先端構造材側に太径部を有し、末端構造材側に細
径部を有するように構成した原子炉用制御棒において、
前記中性子吸収材の細径部には、長手方向に所定の間隔
をおいて、隣接する中性子吸収棒を太径部と同じ間隔で
かつウイング厚さ方向の厚みを太径部と同じ厚みに保持
し、前記中性子吸収棒が軸方向に摺動自在となるスペー
サを装着し、このスペーサの一部にパッドを固着し、前
記パッドを前記シースに設けた孔に挿入して固着して局
所スティフナの機能を持たせてなることを特徴とする。

【００３２】請求項１４に記載の発明は、前記中性子吸
収棒は前記シースの材質との熱膨張の差を吸収できる程
度の軸方向間隙を確保できるように軸方向に複数個に分
割され、前記先端構造材に隣接する部分は先端構造材に
吊り下げてなることを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明に係る請求項１は、細長い
Ｕ字状の横断面を有する複数の長尺シース内に、シース
材と材料の異なるハフニウムまたはハフニウム合金から
なる複数の棒状ハフニウム型中性子吸収棒を挿入してウ
イングとなし、前記シースの長手方向の一端に先端構造
材を固設し、この先端構造材と対向する他の一端に末端
構造材を固設し、前記中性子吸収材は長手方向に先端構
造材側が太径で、末端構造材側が先端構造材側より細径
となるように構成された原子炉用制御棒において、前記
中性子吸収棒の細径部には長手方向に所定の間隔をおい
て、対面するシース間方向および隣接中性子吸収棒間の
距離が太径部と略等しいスペーサとして機能する短尺の
スペーサを前記シースと摺動可能に固着し、隣接した中
性子吸収棒相互間の間隔が前記スペーサにより太径部と
同様に保持している。シースと中性子吸収材との熱膨張
差に基づく相対的な伸び縮みに伴う応力が発生すること
はなく、しかも細径部もシース内に正しく保持される。

【００３４】本発明に係る請求項２は、スペーサは中性
子吸収棒と同じまたは実質的に同じ材料であるハフニウ
ム、ハフニウム合金、またはジルコニウム合金で構成し
たので、溶接が満足にできるなどの製造上のメリットが
あり、電気化学的な腐食問題がほとんどなくなる。

【００３５】本発明に係る請求項３は、外形拡大材を固
着する中性子吸収材の細径部に切り込みを設け、その切
り込み位置を覆うようにスペーサを配置し、スペーサを
前記切り込み部においてディンプリングしてスペーサの
移動を防止するように構成したので、中性子吸収棒とス
ペーサとの溶接による固着をする必要がなく、隣接中性
子吸収棒相互間の間隔を正しく保持することができる。

【００３６】本発明に係る請求項４は、スペーサ内面と
中性子吸収棒細径部表面との間の少なくとも一部に通水
間隙を設けたので、両者の間の炉水の滞留が防止され、
電気化学的な腐食や隙間腐食が防止される。

【００３７】本発明に係る請求項５は、ウイング幅方向
の略中央部で少なくとも中性子吸収棒の細径部に、軸方
向に所定の間隔をおいて対面するシース板間にスペーサ
の機能を有する短尺のスティフナを固着したので、シー
スの強度が向上し、原子炉用制御棒の機械的健全性が向
上する。

【００３８】本発明に係る請求項６は、ウイングの幅方
向に配置された複数の中性子吸収棒の太径部と細径部の
境界をウイング長さ方向の中心の位置から分散させたの
で、地震時等における横揺れの際にウイング長さ方向の
中央部に現れ、かつ該境界部に集中しがちな最大応力を
分散でき、かつシースと中性子吸収棒とでその応力を分
担できることになり、シースおよびウイング全体の健全
性が向上する。

【００３９】本発明に係る請求項７と８は請求項６と類
似の作用を有している。しかし、請求項８では中性子吸
収割合の高い部分の中性子吸収棒を長めに設定すること
により制御棒の反応度効果が向上し、さらに制御棒の核
的寿命が増大する。また、他の部分を短めに構成するこ
とによって有効的に制御棒全体の重量を低減するのに活
用できる。

【００４０】本発明に係る請求項９は、１ウイング内の
多数の中性子吸収材のうち、一部の中性子吸収棒は全長
にわたって太径部と、それに中性子吸収棒に細径部を設
け、この細径部にスペーサを保持させたので、隣接細径
部の中性子吸収棒相互間の間隔を正しく保持することが
できる。

【００４１】本発明に係る請求項10は、ウイング幅方向
の略中央部で全長にわたってシース板間にスペーサとし
ての機能とシース強度確保と制御棒の荷重を支えること
ができる強度保持構造材を配置固着し、その上端を先端
構造材に固着し、下端を末端構造材に固着したので、シ
ース板間が正しく保持され、シース強度が増大し、しか
も制御棒の荷重を支持することができる。

【００４２】本発明に係る請求項11は、ウイング幅方向
の略中央部で全長にわたって、孔を開けた細長い板状の
ハフニウム、またはハフニウム合金を配置し、このハフ
ニウムまたはハフニウム合金の孔に、熱膨張の差に基づ
く移動を許容できる程度のシースと溶接できる前記孔か
ら細いシース固着用の金属を挿入する。この金属をシー
スに溶接することによってシース板間の間隔が正しく保
持でき、シースの強度が向上し、熱膨張差による応力の
発生が防止される。

【００４３】本発明に係る請求項12は、細長いＵ字状の
横断面を有する複数の長尺シース内に、このシースと異
なる材質のハフニウムまたはハフニウム合金からなる複
数の中性子吸収棒を挿入してウイングとなし、前記シー
スの長手方向の一端に先端構造材を対向する他の一端に
末端構造材を固設する。

【００４４】前記中性子吸収棒は長手方向に先端構造材
側に太径部を有し、末端構造材側に先端構造材側より細
径部を有するように構成される。中性子吸収棒の細径部
には長手方向に所定の間隔をおいて、隣接する中性子吸
収棒を太径部と同じ間隔で、かつウイング厚さ方向を太
径部と同じ厚みに保持するスペーサを装着する。

【００４５】さらに固着材係合スペーサがウイング幅方
向の略中央部においてウイングの軸方向に所定の範囲で
可動自在にスティフナの機能を有する固着材に係合され
ているので、シース強度が向上し、中性子吸収棒の細径
部相互間が正しく保持され、しかも熱膨張差に基づく応
力の発生が防止される。

【００４６】本発明に係る請求項13によれば、細長いＵ
字状の横断面を有する複数の長尺シース内に、シースと
材料の異なるハフニウムまたはハフニウム合金からなる
複数の中性子吸収棒を挿入してウイングとなし、前記シ
ース内の長手方向の一端に先端構造材を固設し、この先
端構造材と対向する他の一端に末端構造材を固設し、前
記中性子吸収棒は長手方向に先端構造材側に太径部を有
し、末端構造材側に先端構造材側より細径部を有するよ
うに構成された原子炉用制御棒において、前記中性子吸
収棒の細径部には長手方向に所定の間隔をおいて、隣接
する中性子吸収棒を太径部と同じ間隔、かつウイング厚
さ方向の厚みを太径部と同じ厚みに保持する。

【００４７】中性子吸収棒が軸方向に摺動自在となるス
ペーサを装着して、前記スペーサにの一部にパッドを固
着し、そのパッドをシースに設けた孔に挿入して固着し
て局所スティフナの機能を持たせる。これにより、シー
ス強度が向上し、中性子吸収棒の細径部相互間が正しく
保持され、しかも熱膨張差に基づく応力の発生を防止す
ることができる。

【００４８】本発明に係る請求項14は、少なくとも大部
分の中性子吸収棒はシースとの熱膨張の差を吸収できる
程度の軸方向間隔を確保できるように軸方向に複数個に
分割され、先端構造材に隣接する部分は先端構造材に吊
り下げた構成としたので、シースに加わる中性子吸収棒
の重量の大部分は解放され、シースの健全性が向上す
る。

【００４９】

【実施例】本発明に係る第１から第８の実施例を図１か
ら図11を参照しながら順次説明する。本発明は主として
シース内部を主体としているため、図12に示した制御棒
の４枚のウイング３のうち一枚のみ重点的に説明する
が、他の三枚についても同様の構成となっている。図
中、図12と同一部分には同一符号を付している。

【００５０】図１は本発明に係る制御棒の第１の実施例
を説明するためのものであり、図１（ａ）は挿入方向先
端部、図１（ｂ）は（ａ）の下方につながり中央部と末
端部を一枚のウイングの手前側のシースを取り外した状
態で示す側面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は図１
（ａ），（ｂ）のａ−ａ線，ｂ−ｂ線，ｃ−ｃ線，ｄ−
ｄ線に沿って切断して拡大した横断面図を示している。

【００５１】図１中、シース２内の中性子吸収棒、つま
りＨｆ棒１の本数は一枚あたりのウイング３について実
際には15−21本程度であるが、図１（ａ）では図面の都
合で10本、図２（ａ）で17本が示している。図２（ｅ）
は（ｃ）のｅ部を拡大した断面図である。制御棒全体の
概念は従来例［図12（ａ）参照］ととくに変わるところ
はない。

【００５２】本実施例においては、図１（ａ），（ｂ）
に示したようにウイング３の幅方向略中央部に局所ステ
ィフナ13がウイング３の軸方向全長にわたって、所定の
間隔をおいて局所的に多数個配置され、シース２内部で
溶接などにより固着されている。溶接性を考慮して局所
スティフナ13にはシース２と基本的に同じ材料が用いら
れている。

【００５３】中性子吸収棒はＨｆ（またはＨｆ合金）製
のＨｆ棒１で、ウイング３内部の全長で挿入方向から約
半分の長さが太径部１ａ、残りが細径部１ｂとなってい
る。細径部１ｂとする理由は、細径としても核的に差支
えない部分に対して、Ｈｆ量削減による制御棒全体の重
量低減を図るためである。

【００５４】太径部１ａと細径部１ｂとの境界は原則と
して段違い構成とされている。段違い構成の理由として
は、地震時等における横揺れで全長の中央部付近に発生
するシースにおける最大応力を分散・低減することによ
る。

【００５５】また、隣接する太径吸収棒の間に細径吸収
棒を配置した場合、反応度は両者の平均値より太径部の
値に近いため、全体として重量低減に有効であること、
および軸方向の反応度変化が段違い構成とすることによ
ってより滑らかになり、炉心の軸方向出力分布がより滑
らかになることなどによる。

【００５６】ウイング３の挿入末端側の半分はＨｆ棒１
が細径部１ｂとなっているため、位置決めを正しくする
ためにスペーサ８が軸方向に所定の間隔をおいて複数個
配置されている。スペーサ８は細径部１ｂを太径部１ａ
の外径との間隙を保つための外形拡大材である。外形拡
大材は外形を拡大するための部材の代表的な一種である
が、一般には断面は円形である必要はなく、後出の図２
（ｅ）で示すように断面正方形のものは好適な一例であ
る。

【００５７】これらのスペーサ８は個々に独立しておら
ず、ウイング３の幅方向に沿って複数個ずつ溶接したも
のが一体となって分割配置されているが、シース２には
固着されておらず、原則として、Ｈｆ棒１で保持され
る。保持の方法としてはつぎのとおりであるが、これら
に限定されるものではない。

【００５８】例えば、スペーサ材がＨｆ，Ｈｆ合金，
Ｚｒなどの場合、Ｈｆ中性子吸収棒と溶接できるため、
局所的に太径部や管状体を溶接して保持する方法、短
尺Ｈｆ棒に細径棒を捩じ込む方法、少なくとも一部の
Ｈｆ棒に小さな滑り止めスペーサを取り付けたり、Ｈ
ｆ棒１を局所的に変形させたり、Ｈｆ棒１の細径部１
ｂの一部を削り込んでスペーサ８にディンプリングを施
すなどの方法が考えられる。ウイング幅の中央部の局所
スティフナ13の固着部ではＨｆ棒１はそれと干渉しない
ように短尺化されている。

【００５９】スペーサ８は図１（ｂ）および図２（ｅ）
に示したように断面正方形のいわゆる角管構成となって
おり、横断面円形のＨｆ棒１の細径部１ｂとの間に空隙
が形成され、その空隙が炉水の通路となる。このためス
ペーサ８の内面とＨｆ棒１の細径部１ｂとの間には電気
化学的な反応や隙間腐食問題はほとんど生じない。

【００６０】また、酸化物などの詰まりもほとんど生じ
ることがない。角管構成でなくても炉水の通路が形成で
きれは角管構成に限定する必要はないが、角管は汎用さ
れている構成であり、通常コスト上昇を抑制するのに好
都合である。スペーサ８はシース２に対して摺動自在に
構成されているので、シース２とＨｆ棒１との熱膨張率
差に基づく応力の発生の可能性もない。

【００６１】シース２の強度と間隔は局所スティフナ13
で保持されているため、シース２の健全性も確保され
る。なお、ウイング３の長さ方向では、Ｈｆ棒１，局所
スティフナ13等の間には熱膨張率差に基づく応力が発生
しないように、適切な間隙が当然設けられている。

【００６２】また、図１（ａ），（ｂ）と図２（ａ）〜
（ｅ）から明らかなように、スペーサ８はウイング３の
幅方向に３ケ所にグループ分けされており、同一グルー
プ間では溶接などで固着されているが、後述する実施例
で示すように固着の必然性はとくにない。スペーサ８の
材質としてはＳＵＳが代表的であるが、ＨｆやＺｒ合金
などを用いればＨｆ吸収棒との溶接も可能である。

【００６３】図３により本発明に係る制御棒の第２の実
施例を説明する。本実施例における制御棒の挿入先端部
は図１（ａ）と同様であるため、図１（ｂ）に相当する
制御棒の中央部と末端部のみを図３に示し、図１（ａ）
に相当する挿入先端部の図面および説明を省略する。こ
の第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、ウイング
３の両端に全長にわたる太径部１ａを有するＨｆ棒１を
配置し、この太径部１ａに局所的に細径部を形成し、こ
の細径部にスペーサ８を保持してなることにある。

【００６４】この例でスペーサ８はウイング３の幅方向
に一体化されている。ウイング３の両端に太径部１ａを
有するＨｆ棒１を用いた理由は、この部分で中性子束分
布が高くなっており、長寿命化と反応度効果向上に伴う
制御棒全体の軽量化に有利であるためである。すなわ
ち、反応度への寄与が大きい位置を太径部とし、その他
の部分で太径部を短尺化することにより軽量化を図るこ
とができる。

【００６５】つぎに図４により本発明に係る制御棒の第
３の実施例を説明する。この第３の実施例も第２の実施
例と同様に制御棒の中央部と末端部とを示しており、第
２の実施例と異なる点は全体的にウイング３の外縁側の
Ｈｆ棒１の太径部１ａを長く、内側を短くした点にあ
る。本実施例によれば、中性子束分布は最外部約1.5-2c
m までの範囲で高く、とくに最外縁で高く、また最内縁
でも高いが、全体的には内側ほど中性子束分布は低くな
っている点を考慮して核的寿命と反応度の向上をはか
り、制御棒全体の重量を低減できる。なお、ウイング３
の外縁から1.5-2cm までの複数本のＨｆ棒１の太径部１
ａの長さを全長の1/2 より大幅に長くしてもよい。

【００６６】つぎに図５（ａ），（ｂ）および図６
（ａ），（ｂ）により本発明に係る制御棒の第４の実施
例を説明する。本実施例は第１の実施例と第３の実施例
とを合わせた構成となっている。なお、図１と同一部分
には同一符号で示し重複する部分の説明は省略する。本
実施例ではウイング３の両外縁で挿入末端側半分に太径
部１ａを有するＨｆ棒１を用いていない点で第１の実施
例と同様であるが、異なった点はスペーサについてであ
る。

【００６７】すなわち、図６（ａ）に示すように角管ス
ペーサ８ａを個々に独立して使用しＨｆ棒１の細径部１
ｂごとに分離した状態で保持したことにある。また、図
６（ｂ）に示したように円管スペーサ８ｂを使用し、こ
の円管スペーサ８ｂの場合には、Ｈｆ棒１の細径部１ｂ
に通水スリット14を形成している。

【００６８】この通水スリット14はＨｆ棒１の細径部１
ａの表面のほかにスペーサ８ａ，８ｂの内面にも形成す
ることができる。軸方向の太径部１ａと細径部１ｂとの
境界の構成は図４の場合と基本的に同じとなっている。
本実施例によればシース２に応力が発生することはな
い。

【００６９】つぎに図７により本発明に係る制御棒の第
５の実施例を説明する。本実施例は図７（ａ），（ｂ）
に示したように一部または全部のスペーサ８をシース２
に固着し、スペーサ８の機能と図１に示す局所スティフ
ナ13の機能を同時に保持できるように構成したことにあ
る。第５の実施例における制御棒の外観についてはとく
に変わるところがないため、例えば図１および図２を援
用し、その説明を省略する。

【００７０】図７（ａ）は図１（ｂ）におけるシース２
を取り外してスペーサ８の部分を側面から見た拡大図で
あり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるａ−ａ線に沿っ
て切断したシース２も含めた横断面図である。本実施例
は図７（ｂ）に示したように図７（ａ）の丸孔15に対応
する位置にシース２に丸孔15を設け、この丸孔15にパッ
ド16を挿入して溶接などで固着する。パッド16を固着す
る角管スペーサ８ａは溶接などで固着されている。

【００７１】パッド16とパッド16を固着する角管スペー
サ８ａとは基本的に同じ材料が用いられる。Ｈｆ棒１は
シース２に対して摺動できるよう構成されている。本実
施例によれば、パッド16は角管スペーサ８ａの保持とシ
ース２との間隔を保持し、かつ局所スティフナ13の機能
を有している。したがって、Ｈｆ棒１の細径部１ｂから
局所スティフナ13を除去することもできる。

【００７２】つぎに図８により本発明に係る制御棒の第
６の実施例を説明する。本実施例では、ウイング３の幅
方向略中央部にＨｆ棒１が２本分に相当するフラットバ
ー（Ｈｆフラットバーという）17を軸方向の全長にわた
って配置し、このＨｆフラットバー17の軸方向に所定の
間隔をおいて軸方向に細長い長孔18を開け、その長孔18
にシース２と実質的に同一材料のＳＵＳなどの固着材19
を貫通させ、シース２に溶接などで固着したことにあ
る。

【００７３】本実施例によれば，長孔18は軸方向に十分
な余裕を有しており、熱サイクルの際の熱膨張率の差に
よってＨｆ棒１とシース２とは独自に伸縮でき、応力の
発生を防止できる。Ｈｆフラットバー17を全長にわたっ
て配置すると、重量増加で問題となる場合には、任意の
割合でＨｆと合金を構成することができて重量軽減も達
成できるＺｒなどとの合金を用いてもよい。Ｈｆは共鳴
中性子吸収物質であるため、Ｚｒなどに希釈しても中性
子吸収効果があまり低下しないという優れた効果があ
る。

【００７４】つぎに図９により本発明に係る制御棒の第
７の実施例を説明する。本実施例が前記各々の実施例と
異なる点は、４枚のウイング３を中心軸で結合するタイ
ロッド６を設けないで、図８におけるＨｆフラットバー
17の部分にシース２の間隔を保持し、ウイング３の強度
を確保し、重量を支持するＳＵＳなどの構造材としてウ
イング支持バー20を配置し、このウイング支持バー20の
上下両端部に先端構造材４および末端構造材５を溶接な
どにより固着したことにある。

【００７５】ウイング３の中心軸側端部には比較的細い
構造材として内側構造材21が配置され、軸方向に所定の
間隔をおいて横断面十字型の短尺ウイング結合部材22が
取り付けられている。Ｈｆ棒１の細径部１ｂのスペーサ
８はシース２には固着されていない。Ｈｆ棒１ごとに独
立でも溶接などで一体化してもよい。太径部１ａと細径
部１ｂとの境界部の構成は図４の場合とほぼ同じであ
る。このような構成の場合でも、本実施例の作用・効果
は他の実施例と同様に達成される。

【００７６】次に図10及び図11により本発明に係る制御
棒の第８の実施例を説明する。図10ａは挿入方向先端
部、図10（ｂ）は中央部および末端部を一枚のウイング
の手前側のシースを取り外した状態を側面図で示したも
のである。図11（ａ）は図10（ａ）のａ−ａ線方向を切
断した縦断面であって、Ｈｆ棒１の太径部１ａを先端構
造材下端部に係合・吊り下げした状態を横にして示して
いる。図11（ｂ）は図10（ｂ）のｂ部を拡大して示す側
面図、図11（ｃ）は図11（ｂ）のｃ−ｃ線方向を示す横
断面図である。

【００７７】本実施例は第１および第２の構成要素から
なっている。第１の構成要素はＨｆ棒１は太径部１ａの
挿入側半分と、細径部１ｂの挿入末端側半分が図10
（ｂ）に示したように制御棒全長の略中央部で分割さ
れ、0.5-1.5cm 程度の隙間が設けられている。そして、
図11（ａ）に示したようにＨｆ棒１の太径部１ａの先端
部に鳩尾状係合部23を設け、この係合部23と係合し得る
係合部24を先端構造材４の下端部に設けている。

【００７８】ここで、先端構造材４の係合部24に太径部
１ａの係合部23を係合させて、先端構造材の下端部にＨ
ｆ棒１の太径部１ａを吊り下げる。これによってＨｆ棒
１の細径部１ｂは太径部１ａの重量を支持する必要がな
くなり、強度が劣る細径部の機械的健全性が向上する。

【００７９】前記隙間は熱サイクルにおけるＳＵＳとＨ
ｆとの熱膨張率差に基づく伸び縮みの差を吸収するため
に設けられている。前記隙間は段違い型に配置されてい
るため、間隙形成により僅かながら生じる反応度低下の
割合を抑制する構成となっている。

【００８０】第２の構成要素はシース２と実質的に同じ
材料の固着材25がシース２に溶接などで固着されてお
り、それを取り囲むように熱サイクルにおける伸び縮み
を吸収することができる間隙を有し、この間隙を介して
固着材係合スペーサ26を可動自在に設けたことにある。

【００８１】固着材係合スペーサ26はスペーサ８に取り
付けられており、スペーサ８と一緒に動くようになって
いる局所スティフナの機能を有し、シース２に固着して
いる。シース２に応力が局所的に集中しないように挿入
先端側と末端側はほぼ半円形に構成され、固着材係合ス
ペーサの内側孔も半円形に形成されている。固着材係合
スペーサと中性子吸収棒細径部を取り囲むスペーサとは
溶接などで一体に固着してもよいがしなくてもよい。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、細長いＵ字状の横断面
を有する複数の長尺シース内に、このシースと異なる材
質のハフニウムまたはハフニウム合金からなる複数の棒
状中性子吸収棒を挿入してウイングを構成し、前記シー
スの長手方向の一端に先端構造材を固設し、この先端構
造材と対向する他の一端に末端構造材を固設し、中性子
吸収棒を長手方向に末端構造材側が先端構造材側より直
径が細くなるように構成された原子炉用制御棒におい
て、前記シースと前記中性子吸収棒との熱膨張率の差に
基づく熱サイクルに伴う応力を防止することができるの
で、制御棒の健全性を保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る原子炉用制御棒の第１の
実施例の挿入方向先端部を一部切欠して示す側面図、
（ｂ）は（ａ）の下方につながり中央部および末端部を
一部切欠して示す側面図。

【図２】（ａ）は図１（ａ）のａ−ａ断面図、（ｂ）は
図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、（ｃ）は図１（ｂ）のｃ−
ｃ断面図、（ｄ）は図１（ｂ）のｄ−ｄ断面図、（ｅ）
は（ｃ）のｅ部を拡大して示す断面図。

【図３】本発明に係る原子炉用制御棒の第２の実施例の
中央部および末端部を一部切欠して示す側面図。

【図４】本発明に係る原子炉用制御棒の第３の実施例の
中央部および末端部を一部切欠して示す側面図。

【図５】（ａ）は本発明に係る原子炉用制御棒の第４の
実施例の挿入方向先端部を一部切欠して示す側面図、
（ｂ）は（ａ）の下方につながり中央部および末端部を
一部切欠して示す側面図。

【図６】（ａ）は図５（ｂ）のａ−ａ線に沿って切断し
拡大して部分的に示す横断面図、（ｂ）は（ａ）の他の
例を示す横断面図。

【図７】（ａ）は本発明に係る制御棒の第５の実施例の
要部を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線に沿って
切断しシースを含めた状態を示す横断面図。

【図８】（ａ）は本発明に係る原子炉用制御棒の第６の
実施例の挿入方向先端部を一部切欠して示す側面図、
（ｂ）は（ａ）の下方につながり中央部および末端部を
一部切欠して示す側面図。

【図９】（ａ）は本発明に係る原子炉用制御棒の第７の
実施例の挿入方向先端部を一部切欠して示す側面図、
（ｂ）は（ａ）の下方につながり中央部および末端部を
一部切欠して示す側面図。

【図１０】（ａ）は本発明に係る原子炉用制御棒の第８
の実施例の挿入方向先端部を一部切欠して示す側面図、
（ｂ）は（ａ）の下方につながり中央部および末端部を
一部切欠して示す側面図。

【図１１】（ａ）は図10（ａ）のａ−ａ線に沿って切断
した一部側面で示す縦断面図、（ｂ）は図10（ｂ）の
（ｂ）部を拡大して示す側面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−
ｃ方向を切断して示す横断面図。

【図１２】（ａ）は従来の沸騰水型原子炉用制御棒を一
部切欠して示す斜視図、（ｂ）は（ａ）における中性子
吸収棒の要部を拡大して示す側面図、（ｃ）は（ｂ）の
ａ−ａ方向を切断して示す横断面図。

【符号の説明】

１…Ｈｆ棒、１ａ…太径部、１ｂ…細径部、２…シー
ス、３…ウイング、４…先端構造材、５…末端構造材、
６…タイロッド、７…十字型制御棒、８…スペーサ、８
ａ…角管スペーサ、８ｂ…円管スペーサ、９…通水孔、
10…落下速度リミッタ、11…ソケット、12…通水溝、13
…局所スティフナ、14…スリット、15…丸孔、16…パッ
ド、17…Ｈｆフラットバー、18…長孔、19…固着材、20
…ウイング支持バー、21…内側構造材、22…ウイング結
合部材、23，24…係合部、25…固着材、26…固着材係合
スペーサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】細長いＵ字状の横断面を有する複数の長
尺シース内に、ハフニウムまたはハフニウム合金からな
る複数の中性子吸収棒を挿入してウイングを構成し、前
記シースの長手方向の一端に先端構造材を固設し、この
先端構造材と対向する他端に末端構造材を固設し、前記
中性子吸収棒は長手方向に前記先端構造材側に太径部を
有し、末端構造材側に細径部を有するように構成した原
子炉用制御棒において、前記細径部は長手方向に所定の
間隔を有し、前記シース内の上下方向および隣接する前
記中性子吸収棒間の長さの前記太径部と略等しいスペー
サを前記シースと摺動自在に固着し、前記隣接する中性
子吸収棒相互間を前記スペーサにより保持してなること
を特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項２】前記スペーサはハフニウム、ハフニウム
合金、またはジルコニウム合金からなることを特徴とす
る請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項３】前記中性子吸収棒の細径部に切り込みを
設け、この切り込み位置を覆うように前記スペーサを配
置してなることを特徴とする請求項１記載の原子炉用制
御棒。
【請求項４】前記スペーサの内面と前記中性子吸収棒
の細径部との間に通水間隙を設けてなることを特徴とす
る請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項５】前記ウイング幅方向の略中央部で少なく
とも中性子吸収棒の細径部に、軸方向に所定の間隔をお
いて対面するシース板間にスペーサの機能を有する短尺
のスティフナを固着してなることを特徴とする請求項１
記載の原子炉用制御棒。
【請求項６】前記中性子吸収棒の太径部と細径部の境
界を前記ウイング長さ方向の中心の位置から分散させて
なることを特徴とする請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項７】前記ウイング１枚あたりの大部分の中性
子吸収棒の前記境界部を前記隣接する中性子吸収棒間で
段違いに配置するか、または略ランダムに配置してなる
ことを特徴とする請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項８】前記ウイングの外縁部の２cm以内で前記
太径部を前記中性子吸収棒全長の 1/2より長く、その他
の部分を短くしてなることを特徴とする請求項１記載の
原子炉用制御棒。
【請求項９】前記ウイング１枚内の多数の中性子吸収
材のうち、一部の中性子吸収材は全長にわたって太径部
のものを配置し、その太径部に細径部を形成してその細
径部にスペーサを保持してなることを特徴とする請求項
１記載の原子炉用制御棒。
【請求項１０】前記ウイング幅方向の略中央部で全長
にわたってシース板間にスペーサとしての機能とシース
強度確保と制御棒の荷重を支えることができる局所ステ
ィフナを配置固着してなることを特徴とする請求項１記
載の原子炉用制御棒。
【請求項１１】前記ウイング幅方向の略中央部で全長
にわたって、孔を開けた細長い板状のハフニウムまたは
ハフニウム合金を配置し、前記ハフニウムまたはハフニ
ウム合金の孔に、熱膨張率の差に基づく移動を許容でき
る程度のシースと溶接できる孔より細いシース固着用の
金属を挿入し、この金属をシースに溶接して構成してな
ることを特徴とする請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項１２】細長いＵ字状の横断面を有する複数の
長尺シース内に、このシースと異なる材質の異なるハフ
ニウムまたはハフニウム合金からなる複数の中性子吸収
棒を挿入してウイングを構成し、前記シースの長手方向
の一端に先端構造材を対向する他の一端に末端構造材を
固設し、前記中性子吸収棒は長手方向に沿って先端構造
材側に太径部を有し、末端構造材側に細径部を有するよ
うに構成した原子炉用制御棒において、前記中性子吸収
棒の細径部に長手方向に所定の間隔を有し隣接する中性
子吸収棒を太径部と同じ間隔でかつウイング厚さ方向の
厚みを太径部と同じ厚みに保持するスペーサを装着し、
前記ウイング幅方向の略中央部に前記ウイングの軸方向
に所定の範囲で可動自在にスティフナの機能を有する固
着材に固着材係合スペーサを係合してなることを特徴と
する原子炉用制御棒。
【請求項１３】細長いＵ字状の横断面を有する複数の
長尺シース内に、ハフニウムまたはハフニウム合金から
なる複数の中性子吸収棒を挿入してウイングを構成し、
前記シース内の長手方向の一端に先端構造材を固設し、
前記先端構造材と対向する他端に末端構造材を固設し、
前記中性子吸収棒は長手方向に前記先端構造材側に太径
部を有し、末端構造材側に細径部を有するように構成し
た原子炉用制御棒において、前記中性子吸収材の細径部
には、長手方向に所定の間隔をおいて、隣接する中性子
吸収棒を太径部と同じ間隔でかつウイング厚さ方向の厚
みを太径部と同じ厚みに保持し、前記中性子吸収棒が軸
方向に摺動自在となるスペーサを装着し、このスペーサ
の一部にパッドを固着し、前記パッドを前記シースに設
けた孔に挿入して固着して局所スティフナの機能を持た
せてなることを特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項１４】前記中性子吸収棒は前記シースの材質
との熱膨張の差を吸収できる程度の軸方向間隙を確保で
きるように軸方向に複数個に分割され、前記先端構造材
に隣接する部分を先端構造材に吊り下げてなることを特
徴とする請求項１ないし13記載の原子炉用制御棒。