JPH102983A

JPH102983A - 原子炉用制御棒

Info

Publication number: JPH102983A
Application number: JP8156458A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Sasaki; 智治佐々木; Kiyoshi Ueda; 精植田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ウイング内に中性子吸収材を収納した長尺ステ
ィフナを設けて、熱サイクルにおけるシース材と中性子
吸収材との熱膨張率の差に基づきシースに発生する応力
を防止した原子炉用制御棒を提供する。【解決手段】請求項１記載の発明に係る原子炉用制御棒
は、シース材と異なる材質のＨｆかＨｆ合金による棒状
の長寿命型中性子吸収材を挿入してウイングとし先端構
造材と末端構造材を設けた原子炉用制御棒において、ウ
イング14内に内部中性子吸収材17を収納した長尺スティ
フナ15を長手の略全長でシース３と一体的に固着すると
共に、長尺スティフナ15に中性子吸収材２の長手方向に
所定の間隔で隣接中性子吸収材２間を所定間隔で保持す
るスペーサ８を固着し通水路18を形成して中性子吸収材
２とスペーサ８を摺動可能に係合したことを特徴とす
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、特に沸騰水型原子炉に好適な長寿命型の原子炉用
制御棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の制御棒は、通常深いＵ
字状の横断面を有する複数の長尺のシース内に、中性子
吸収材を挿入して４枚のウイングとし、この４枚のウイ
ングの挿入先端に先端構造材を挿入末端には末端構造材
を設けると共に、さらに、各ウイングのＵ字の開口部を
タイロッドに固着して十字型断面に形成している。

【０００３】従来の制御棒において前記長尺のシース
は、ステンレス鋼（以下、ＳＵＳと略称する）製であ
り、中性子吸収材としては、直径５mm程度のＳＵＳ管の
中にＢ₄Ｃ粉末を充填して、中性子吸収棒としたものが
用いられてきた。しかし、前記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、中性子
吸収能力が劣化し易いことから核的寿命が短かった。

【０００４】また、発生したヘリウムによる内圧増加等
により、中性子吸収棒としての健全性が低下するために
機械的寿命が短いことから、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（以
下、Ｈｆと略称する）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。

【０００５】しかしながら、前記Ｈｆは比重が約13で極
めて大きく、従来のＢ₄Ｃを用いた中性子吸収棒と同一
横断面のＨｆ棒を用いると、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
増大して、稼働中に原子炉にバックフィットすることが
できない。このために、沸騰水型原子炉において特徴的
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。

【０００６】しかし、前記ウイングの厚みは、挿入部の
全長で一様でないと制御棒操作性に支障を来すために一
様の厚さに形成されている。このために、Ｈｆ棒の直径
を細径化した部分では、中性子吸収棒であるＨｆ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
要になる。

【０００７】図９はＨｆを中性子吸収材として使用した
従来の長寿命型のＨｆ制御棒１を例示したものである。
なお、図９（ａ）は制御棒全体を示す一部切断斜視図
で、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＨｆ製中性子吸収
棒であるＨｆ棒２の要部側面図を示す。

【０００８】前記Ｈｆ棒２はＳＵＳ製シース３の中に、
平板状に配列されてウイング４が形成され、この４枚の
ウイング４は、その先端と末端及び中心部に設けられた
先端構造材５と末端構造材６及びタイロッド７に固着し
て結合され、断面が十字型のＨｆ制御棒１が構成されて
いる。

【０００９】前記Ｈｆを中性子吸収材としたＨｆ製中性
子吸収棒であるＨｆ棒２は、その全長が約3.6mで、ほぼ
中央部に太径部２ａと細径部２ｂとの境界が設けられて
おり、この境界は、隣接するＨｆ棒２間で長さ方向と直
角方向にほぼ一直線状になっている。

【００１０】また、Ｈｆ棒２の細径部２ｂには、隣接Ｈ
ｆ棒２間の距離及びシース３間距離を太径部２ａと同じ
に保つように細径部２ｂ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。このスペーサ８は、Ｈｆ棒２
の細径部２ｂに所定の間隔をおいて複数個設けられ、シ
ース３に溶接等で固着されている。なお、ウイング４に
は中性子を吸収して発熱するＨｆ棒２を冷却するための
通水孔９が複数あけてある。

【００１１】また、Ｈｆ制御棒１の下部には、誤ってＨ
ｆ制御棒１が落下する事故が万一発生した場合でも、Ｈ
ｆ制御棒１の落下速度が一定以上に速くならないように
速度を制限するスピードリミッタ10と、Ｈｆ制御棒１を
図示しない制御棒駆動装置に結合するためのソケット11
が設けられている。なお、ウイング４の内部には強度を
保持すると共に、ウイング４の幅を一定に保持するため
に、隣接するＨｆ棒２の太径部２ａとの間に局所スティ
フナ12が介挿されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】深いＵ字状の横断面を
有するＳＵＳ製のシース３の内部で、シース内部の厚み
方向の幅より直径の小さいＨｆ棒２を正しく保持するに
は、そのＨｆ制御棒１が実機原子炉の中でどのような状
態に置かれているかを正しく理解しなければならない。

【００１３】沸騰水型原子炉の炉心環境は、原子炉定格
運転中の水温は約290 度Ｃであり，冷態停止中は20〜40
度Ｃである。これに対して、ＳＵＳの熱膨張係数（17.8
×10^-6/deg-C）は、Ｈｆの熱膨張係数（5.9 ×10^-6/deg
-C）に比べて、３倍程度に大きいことが「原子炉材料ハ
ンドブック」（日刊工業新聞社刊行）等に開示されてい
る。

【００１４】なお、Ｈｆ制御棒１は室温で製造されるた
めに、運転中のＨｆの伸びはシース３の伸びに比べ小さ
くなる。従って、いま仮にＳＵＳ製シース３に溶接等で
固着されたＳＵＳ製スペーサ８が、Ｈｆ棒２と固着して
いる状態を想定すると、温度上昇に伴い、Ｈｆ棒２はＳ
ＵＳ製のシース３の軸方向の伸びを抑制することにな
る。

【００１５】また逆に、運転中にこの状態であったとす
ると、運転停止に伴う水温度の低下により、ＳＵＳ製シ
ース３は軸方向に縮もうとするが、Ｈｆ棒２がそれを妨
げるように作用する。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３と
の固着点に集中することになる。さらに、前述したよう
にＨｆは重いことから、少しでもＨｆ制御棒１の重量増
加を抑制するためには、シース３を薄めに設定する必要
があるが、このことにより、シース３には健全性を損な
う可能性のあることが予想される。

【００１６】沸騰水型原子炉の炉心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度Ｃ付近では
表面が酸化されて、内部を保護する被膜が形成されるこ
とである。この被膜の形成に際してＨｆ棒２の直径は大
きくなり、ＳＵＳ製スペーサ８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。なお、ＳＵ
Ｓはこの程度の温度では酸化しない。

【００１７】従って、Ｈｆ棒２を包み込むように構成さ
れたＳＵＳ製のスペーサ８では、予めＨｆ棒２との間に
適切な間隙を設けておかないと、スペーサ３とＨｆ棒２
とが固着し、熱サイクルに伴い前述の応力が発生して、
ＳＵＳ製のシース３の健全性を損なう恐れがあることが
分かる。

【００１８】さらに、シース３とＨｆ棒２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の酸化
被膜は機械的にはぎ取られ、一部は炉水中に浮遊して炉
水の放射能濃度上昇の原因となる。また、酸化被膜の一
部はシース３とＨｆ棒２との隙間に詰まって、固着の原
因を増大させる。なお、Ｈｆ表面では被膜が削り取られ
た後には新しく酸化被膜が形成される。

【００１９】以上の考察から、原子炉運転による熱サイ
クルとＨｆ表面の酸化被膜とは、スペーサ８がシース３
に従来のように固着されている限り、いつかはシース３
に応力を発生させて、シース３の健全性に支障を来す恐
れがあること、及び長寿命型のＨｆ制御棒１の炉内滞在
期間が長くなるにつれてその可能性は高まる支障があ
る。

【００２０】本発明の目的とするところは、ウイング内
に中性子吸収材を収納した長尺スティフナを設けて、熱
サイクルにおけるシース材と中性子吸収材との熱膨張率
の差に基づきシースに発生する応力を防止した原子炉用
制御棒を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明に係る原子炉用制御棒は、横断面が
細長いＵ字状の複数の長尺シース内にシース材と異なる
材質の複数のハフニウムまたはハフニウム合金からなる
棒状の長寿命型中性子吸収材を挿入してウイングとする
と共に前記シースの長手方向の端部に先端構造材及び末
端構造材を設けた原子炉用制御棒において、前記ウイン
グの幅方向中間部で内部に内部中性子吸収材を収納した
管状の長尺スティフナを前記ウイングの長手方向略全長
にわたって溶接等によりシースと一体的に固着すると共
に前記長尺スティフナに前記中性子吸収材の長手方向に
所定の間隔をおいてウイング幅方向及び隣接中性子吸収
材間を所定の間隔で保持するスペーサを固着して前記中
性子吸収材とスペーサとの間に通水路を形成して中性子
吸収材とスペーサを摺動可能に係合したことを特徴とす
る。

【００２２】ウイングの幅方向中間部にウイングの略全
長にわたって長尺スティフナを配置することにより、細
長いＵ字状のシース内の間隔を堅固に保持して強度を確
保すると共に、シースとの溶接部が大きく得られるの
で、シースと中性子吸収材との熱膨張係数の違いにより
シースへ加わる応力が分散される。

【００２３】なお、長尺スティフナは管状で内部に中性
子吸収材を充填しているので、制御棒全体としての反応
度は殆ど低下しない。また、棒状の中性子吸収材と平板
状のスペーサを互いに摺動可能としたことから、互いの
間隙が通水路となり、異種金属の隣接に伴う電気化学的
な環境及び水の放射線分解に伴う放射線化学的環境の影
響が緩和されて、中性子吸収材の酸化進行が抑制され
る。

【００２４】請求項２記載の発明に係る原子炉用制御棒
は、長尺スティフナを複数本並列に固着して長尺一体ス
ティフナとすると共に当該長尺一体スティフナに中性子
吸収材との間が通水可能で中性子吸収材の摺動を可能と
したスペーサを固着して前記長尺一体スティフナをウイ
ング幅方向の中間部において前記シースと一体的に固着
したことを特徴とする。

【００２５】複数本並列にした長尺一体スティフナで支
持することで、細長いＵ字状のシース内の間隔がより強
固に保持されるので、シースと中性子吸収材との熱膨張
係数の差によりシースへ加わる応力集中が回避される。

【００２６】請求項３記載の発明に係る原子炉用制御棒
は、長尺スティフナを複数本離間配置してシースに固着
すると共に、当該長尺スティフナに前記スペーサを固着
して前記長尺スティフナ間を含むシース内に前記中性子
吸収材を配列したことを特徴とする。複数本の長尺ステ
ィフナを離間配置してシースと固着したので、シースと
中性子吸収材との熱膨張係数の差に起因するシースへの
応力集中が分散される。

【００２７】請求項４記載の発明に係る原子炉用制御棒
のスティフナは、長尺スティフナは、その外側面に突出
部を設けると共に内部にハフニウム，ハフニウム合金，
あるいは希土類元素のユーロピウム，サマリウム，ディ
スプロシウム，ガドリニウムのうちの少なくとも一つを
含む中性子吸収材を収納したことを特徴とする。長尺ス
ティフナとスペーサあるいはシースとの結合は、長尺ス
ティフナの外側面に設けた突出部にて溶接する。これに
より、溶接における長尺スティフナ内の中性子吸収材を
健全性が維持される。

【００２８】請求項５記載の発明に係る原子炉用制御棒
は、ウイングにおいてシース材を幅方向に分割して前記
長尺スティフナを挟んで当該長尺スティフナの外側面突
出部に固着して平板状としたことを特徴とする。長尺ス
ティフナを大きくできるので、内部に収納した中性子吸
収材の充填量を増加することにより反応度が増大する。

【００２９】請求項６記載の発明に係る原子炉用制御棒
は、中性子吸収材間を所定の間隔に保持するスペーサ
が、前記スティフナと独立して摺動自在で長寿命型中性
子吸収材に保持されていることを特徴とする。シースは
長尺スティフナと全長的に一体化されるので応力が分散
される。また、長寿命型中性子吸収材は、その少なくと
も一部と同時的にシース内で摺動するスペーサによって
間隔を正しく保持される。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を参照して説明する。なお、上記した従来技術と同じ
構成部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略す
る。また、本発明は主としてシース内部の構造を主体と
しているため、上記図９に示した制御棒の４枚のウイン
グ４のうち１枚について説明するが、他の３枚のウイン
グについても同じ構造である。

【００３１】本発明に係る第１実施の形態は請求項１に
係り、Ｈｆ制御棒は図１の一部切欠き側面図及び図２の
横断面図に示す。なお、図１（ａ）はＨｆ制御棒の挿入
方向先端部を、また図１（ｂ）は図１（ａ）の下部につ
ながるもので、中央部と末端部を１枚のウイングの手前
側シースを取り外した状態を示す。なお、図１中でＨｆ
制御棒13におけるシース３内のＨｆ製中性子吸収材であ
るＨｆ棒２の本数は、ウイング14の一枚当たりで実際に
は15乃至21本程度であるが、図１（ａ）では図面の都合
で９本、図２（ａ）では16本を表している。

【００３２】Ｈｆ制御棒13は、図１（ａ）と図１（ｂ）
に示すように、ウイング14における幅方向の中間部に、
長尺スティフナ15がウイング14の軸方向のほぼ全長にわ
たって配置され、ＳＵＳ製のシース３に溶接16等で固着
されている。また、前記長尺スティフナ15の前後には、
複数のＨｆ棒２が配列されていて、上端の先端構造材５
と下端の末端構造材６と共に、４枚のウイング14の中心
部にタイロッド７を固着して結合し、断面が十字型のＨ
ｆ制御棒13を構成する。

【００３３】なお、前記長尺スティフナ15は、周囲のＨ
ｆ棒２よりやや短くなっていて、その上部15ａと下部15
ｂは、この例では空間となっていることから、原子炉の
中では冷却材である水がこの空間を占めることになる。
しかし、特に上部15ａと下部15ｂに空間をあける必要は
ない。長尺スティフナ15はＳＵＳ製で管状の断面を有し
ており、内部にはＨｆや中性子吸収性の希土類元素から
なる内部中性子吸収材（中性子吸収物質）17が収納され
ている。

【００３４】このために、長尺スティフナ15も中性子吸
収材の一部を構成していることになり、この長尺スティ
フナ15の採用による制御棒として、反応度が低下するよ
うな支障はは殆ど生じない。さらに図２（ａ）は、図１
（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面を示し、周囲が細長い
Ｕ字状のシース３で形成されたよるウイング14内には、
幅方向の中間部に長尺スティフナ15の上部15ａに相当す
る空間を挟んで、左右８本ずつ計16本のＨｆ棒２の太径
部２ａが配列されている。

【００３５】図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿っ
た横断面で、ウイング14内の幅方向の中間部に、長尺ス
ティフナ15を挟んで左右８本ずつ計16本のＨｆ棒２の太
径部２ａが配列されており、長尺スティフナ15はシース
３と溶接16により固着している。

【００３６】図２（ｃ）は図１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿っ
た横断面で、ウイング14内の幅方向の中間部に、長尺ス
ティフナ15を挟んで左右８本ずつ計16本のＨｆ棒２の細
径部２ｂが配列されている。また、前記Ｈｆ棒２の細径
部２ｂについては、図２（ｃ）におけるＡ部を拡大した
図２（ｅ）の拡大横断面図に示すように、それぞれスペ
ーサ８により保持されている。

【００３７】なお、このスペーサ８は、隣接したスペー
サ同士及び長尺スティフナ15と溶接16により固着されて
いるが、直接シース３とは固着されていない。しかし、
長尺スティフナ15はシース３と溶接16により固着されて
いる。従って、スペーサ８は長尺スティフナ15を介して
シース３に固着されているが、スペーサ８の外周とシー
ス３の内面との間には間隙があり、シース３にあけた図
示しない通水孔９より冷却材である水が流通する。

【００３８】また、スペーサ８の内周では、Ｈｆ棒２が
細径部２ｂにおいて摺動自在で、隣接するＨｆ棒２との
所定間隔を維持するように保持されていると共に、スペ
ーサ８の内周とＨｆ棒２の細径部２ｂの外周との間隙に
おいて、通水路18が形成されている。

【００３９】図２（ｄ）は図１（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿っ
た横断面で、ウイング14内の幅方向の中間部でスペーサ
８が配置されてない位置を示し、シース３と溶接16によ
り固着されている長尺スティフナ15を挟んで、左右８本
ずつ計16本のＨｆ棒２の細径部２ｂが配列されて構成し
ている。

【００４０】次に、上記構成による作用について説明す
る。図２（ｅ）で示すように、Ｈｆ棒２の細径部２ｂは
摺動自在にスペーサ８に保持されており、さらにスペー
サ８は、シース３の略全長にわたって溶接16等で固着し
ている長尺スティフナ15に固着しているが、スペーサ８
の外周はシース３と直接に接触していない。

【００４１】このために、Ｈｆ棒２とスペーサ８との間
で発生する可能性のある熱膨張係数の差による応力は、
スペーサ８から長尺スティフナ15へ伝達されて、シース
３の全体に分散されるので、シース３への直接的かつ局
所的な応力の伝達はないので、シース３の健全性が容易
に確保される。

【００４２】また、前記の互いに溶接16等で固着してい
るシース３，長尺スティフナ15，スペーサ８は、いずれ
もＳＵＳ製であることから溶接16が容易で、熱膨張係数
の差による応力は発生せず機械強度的信頼性が大きい。
なお、前記ＳＵＳと熱膨張係数が異なるＨｆ棒２は、ス
ペーサ８により摺動自在に保持されているので、このス
ペーサ８との間でも熱膨張係数の相違による応力は生じ
ない。

【００４３】さらに、炉心冷却材温度の 290度Ｃ付近で
は、Ｈｆ棒２の表面には酸化による保護被膜が形成され
るが、ＳＵＳ製スペーサ８は、この程度の温度では酸化
しない。しかし、Ｈｆ棒２の直径が被膜の形成により若
干増しても、スペーサ８とＨｆ棒２との間には、予め通
水路18となる間隙があいていることから、Ｈｆ棒２の摺
動が妨げられることがない。

【００４４】長尺スティフナ15の上部15ａと下部15ｂ
は、ここでは空間となっており、原子炉の中では水がこ
の空間を占めることになる。しかし、上部15ａの空間に
対してはＨｆ棒２を配置することにより、Ｈｆ制御棒13
としての反応度を増大することができる。しかしなが
ら、長尺スティフナ15の下部15ｂについては、制御棒と
して反応度的な寄与がほとんどない部位なので、中性子
吸収材としてＨｆ棒２を配置する効果はないが、機械的
強度を補強するためにＳＵＳ管等を配置してもよい。

【００４５】さらに、長尺スティフナ15の上部15ａと下
部15ｂの空間をなくし、長尺スティフナ15を延長して上
部を先端構造材５に、また、下端を末端構造材６に溶接
等で固着してもよい。この場合に、Ｈｆ制御棒13の組み
立て手順の変更と若干のシース３部形状等に変更を必要
とすることも考えられるが、機械的強度の向上には寄与
する。

【００４６】また、スペーサ８の内周とＨｆ棒２の細径
部２ｂの外周との隙間は通水路18となり、前記スペーサ
８の外周とシース３の内面との間隙と同様に冷却材が流
れることから、温度上昇の低減と共に、異種金属の隣接
に伴う電気化学的な環境及び水の放射線分解に伴う放射
線化学的環境の影響が緩和されて、中性子吸収材の酸化
進行が抑制される。

【００４７】Ｈｆ棒２はＨｆまたはＨｆ合金製であり、
ウイング14内部の略全長で挿入方向から約半分の長さが
太径部２ａ、残りが細径部２ｂとしている。この中央よ
り末端部を細径部２ｂとする理由は、Ｈｆ棒２を細径と
しても核的、すなわち、炉心内に挿入されたＨｆ制御棒
13の機能における中性子吸収特性を勘案して、支障のな
い部位においてＨｆ量を削減し、制御棒全体の重量低減
により原子炉へのバックフィットを容易にすると共に、
製造コストを低減するためである。

【００４８】この太径部２ａと細径部２ｂとの境界は原
則として段違い構成とされている。境界を段違いに構成
することによって、(1) Ｈｆ制御棒13の横揺れ時の応力
集中が回避できる。(2) 反応度の軸方向変化が緩やかに
なる。(3) 重量低減をより効果的に行える。という効果
が得られる。

【００４９】これらをさらに詳細に説明すると、(1) で
は地震等でＨｆ制御棒13が横揺れする際に、Ｈｆ制御棒
13の全長の中央付近で最大応力が発生すること、しかも
Ｈｆ棒２の直径が中央付近で急に変化していると、応力
がその位置に集中するという支障があるが、段違いにす
ることによって、応力が分散されてＨｆ制御棒13の機械
的健全性が向上する。

【００５０】(2) では平均的なＨｆ棒２の量が境界付近
で緩やかに変化するために、中性子吸収特性も軸方向に
緩やかに変化する。これにより、Ｈｆ制御棒13を挿入し
ている際の隣接燃料の軸方向出力分布がより滑らかにな
ることから、燃焼特性もより滑らかになり、僅かながら
出力向上と燃料健全性の向上に寄与する。

【００５１】(3) ではＨｆ棒２の細径化した部分に隣接
する隣接Ｈｆ棒２の太径部２ａによる、より大きな中性
子吸収特性のために、前記細径部２ｂの中性子束レベル
が抑制されており、その結果として、段違い部分の中性
子吸収特性は、平均中性子吸収材の量より大きくなると
いう特性を利用することによって、Ｈｆ量を効果的に低
減することができる。

【００５２】なお、図１（ａ）に示すＨｆ制御棒13の挿
入方向先端部には、スペーサ８を配置していないが、万
一スペーサ８が必要な場合には、Ｈｆ棒２の当該局所に
細径部２ｂを形成して、その部分にスペーサ８を係合す
る構成とすることは、容易に考えることができる。

【００５３】第２実施の形態は請求項２に係り、本第２
実施の形態における制御棒の挿入先端部は上記図１
（ａ）と同様であるため、スペーサ位置の上記図１
（ｂ）のＣ−Ｃ横断面に相当する部分のみを図３の横断
面図に示す。なお、図３（ａ）はウイングの横断面図
で、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大断面図に対応す
る図３（ａ）のＢ部拡大図であり、上記第１実施の形態
と異なる点についてのみ説明する。

【００５４】Ｈｆ制御棒13におけるウイング19では、複
数の長尺一体スティフナの例として２本の長尺スティフ
ナ15が一体的に溶接16等で固着され、さらに、シース３
のほぼ全長にわたって溶接16等で固着されると共に、ス
ペーサ８が長尺スティフナ15に溶接16等で固着されてい
る。なお、スペーサ８はシース３には直接的には固着さ
れずに、シース３との間に間隙があけられていて、スペ
ーサ８にＨｆ棒２の細径部２ｂが挿入されて、摺動自在
に保持されて構成している。

【００５５】上記構成による作用としては、内部に内部
中性子吸収材17を収納して中性子吸収効果を有する長尺
スティフナ15は、複数を一体化したことにより機械的強
度が大となると共に、Ｈｆ制御棒１の中性子吸収効果の
低下は殆ど生じない。ウイング19は、この長尺一体ステ
ィフナ15をシース３の略中央部で長手方向の略全長にわ
たって溶接16等により固着しているので、機械的強度が
増大して丈夫なウイングが形成される。

【００５６】また、シース３でなく長尺一体スティフナ
15に固着されたスペーサ８において、Ｈｆ棒２の熱サイ
クルに伴う伸縮が自在に行われ、かつ、通水路18による
自在な通水も行われるので、電気化学的な腐食が抑制さ
れて応力も殆ど発生しないことから、シース３への応力
の集中現象も発生しない。

【００５７】第３実施の形態は請求項３に係り、本第３
実施の形態は上記第２実施の形態と類似しており、図４
（ａ）の横断面図は上記図３（ａ）に対応し、図４
（ｂ）の拡大図は上記図３（ｂ）に対応していて、図４
（ａ）におけるＣ部分を拡大して示している。これによ
り、上記第２実施の形態と異なる点についてのみ説明す
る。Ｈｆ制御棒13におけるウイング20は、複数の長尺ス
ティフナ15の例として２本の長尺スティフナ15が第２実
施の形態と異なり、それぞれ独立に離間してウイング19
内に配置されて、シース３と溶接16等により固着して構
成されている。

【００５８】上記構成による作用としては、上記第２実
施の形態と略同じであるが、ウイング20において幅方向
の強度を比較的一様にできるために、シース３に加わる
応力の低減とその一様化が得られる。

【００５９】第４実施の形態は請求項４に係り、本第４
実施の形態は上記第１実施の形態と類似しており、図５
（ａ）の横断面図は上記図２（ｃ）に対応し、図５
（ｂ）の拡大図は図５（ａ）ににおけるＤ部分を拡大し
て示している。これにより、上記第１実施の形態と異な
る点についてのみ説明する。

【００６０】ウイング21における長尺スティフナ22の一
部を構成する管23は、特殊な断面を有しており（以下、
特殊角管と呼ぶ）、断面円形の通常の管と異なり、内部
は円形で外周部には90度ごとに角状の突起が形成されて
いる。この長尺スティフナ22である特殊角管23の円柱状
断面を有する円形内には、内部中性子吸収材17が充填さ
れていて、外周部の突起はシース３と溶接16により固着
する部分である。

【００６１】ウイング21の幅方向中間部でシース３内に
前記長尺スティフナ22を略全長にわたって溶接16等によ
り固着する。この長尺スティフナ22の前後には複数のス
ペーサ８を溶接16して配列すると共に、Ｈｆ棒２をスペ
ーサ８と摺動自在にして、所定間隔に保持して構成す
る。

【００６２】上記構成による作用としては、前記シース
３と長尺スティフナ22ととの固着が、シース３と特殊角
管23の突起部において行われることから、溶接時におけ
る特殊角管23の円形断面部への熱的影響は殆ど生ぜず、
従って内部中性子吸収材17へも影響を与えることがな
い。

【００６３】これにより、内部中性子吸収材17の材質選
定の自由度が向上することから、上記第１実施の形態よ
り中性子吸収機能が健全なＨｆ制御棒13を得ることが可
能となる。なお、特殊角管23は複数本用いて上記第２実
施の形態や第３実施の形態のように構成することも容易
にできる。

【００６４】第５実施の形態は請求項５に係り、本第５
実施の形態は上記第４実施の形態と類似しており、図６
（ａ）の横断面図は上記図５（ａ）に対応し、図６
（ｂ）は図６（ａ）の拡大図は図６（ａ）ににおけるＥ
部分を拡大して示している。これにより、上記第４実施
の形態と異なる点についてのみ説明する。

【００６５】ウイング24において上記第４実施の形態と
異なる点は、長尺スティフナ25の一部を構成する特殊角
管26が、特殊角管23より大きくして、シース３内に収容
しきれない寸法としている。これにより、長尺スティフ
ナ25はシース３の横方向で略中央部に配置すると共に、
その左右にシース３を配して、特殊角管26の突起部と溶
接16することによりウイング24を構成している。

【００６６】上記構成による作用としては、長尺スティ
フナ25の特殊角管26が大きいために円形断面も大きい。
従って、中に収容する内部中性子吸収材17の直径が大き
くなり、Ｈｆ制御棒13としての反応度を向上させること
ができる。

【００６７】第６実施の形態は請求項６に係り、上記し
た第１乃至第５実施の形態では、スペーサ８がシース３
と溶接16された長尺スティフナ15，22，25に固着してい
るのに対して、本第６実施の形態ではスペーサ８を一部
のＨｆ棒２により保持している。

【００６８】Ｈｆ制御棒を図７の一部切欠き側面図及び
図８の横断面図に示す。なお、図７（ａ）はＨｆ制御棒
の挿入方向先端部を、また図７（ｂ）は図７（ａ）の下
部につながるもので、中央部と末端部を１枚のウイング
の手前側シースを取り外した状態を示す。また、図８
（ａ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図、図８
（ｂ）は図７（ｂ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図、及び図
８（ｃ）は図７（ｂ）のＧ−Ｇ線に沿って断面図であ
る。

【００６９】さらに、図８（ｄ）は図８（ｂ）のＦ部拡
大図で、図８（ｅ）は図８（ｃ）のＧ部拡大図を示す。
なお、図７及び図８はそれぞれ上記図１及び図２に類似
しているので、ここでは異なる点について説明する。

【００７０】Ｈｆ制御棒27は図７（ａ）に示すように、
ウイング28における長尺スティフナ22が、Ｈｆ棒２とほ
ぼ同じ長さの特殊角管23としており、内部に内部中性子
吸収材17が収納されている。また、図７（ｂ）ではウイ
ング28を長尺スティフナ22が幅方向に二分した構成とな
っており、タイロッド７と長尺スティフナ22に隣接する
Ｈｆ棒２が基本的に全長にわたって太径部２ａとされ、
スペーサ８の装着部分のみが細径部２ｂに形成されてい
る。

【００７１】従って、Ｈｆ棒２の細径部２ｂにおいて
は、図８（ｄ）に示すようにＨｆ棒２はスペーサ８によ
り摺動自在に保持され、スペーサ８同士は溶接16により
固着されているが、長尺スティフナ22とは固着していな
い。また、一方Ｈｆ棒２の太径部２ａについても、図８
（ｅ）に示すように長尺スティフナ22及び図示しないタ
イロッド７と隣接して配置されているが、長尺スティフ
ナ22とは固着されていない。

【００７２】しかし、隣接したＨｆ棒２の細径部２ｂを
保持しているスペーサ８と溶接16されており、従って、
このスペーサ８は太径部２ａにおいてＨｆ棒２に固着さ
れて構成されている。なお、ウイング28の側端部と長尺
スティフナ22との間も同様である。

【００７３】上記構成による作用については、上記第１
実施の形態と同様のものが得られると共に、Ｈｆ制御棒
27においては、Ｈｆ棒２はスペーサ８と、またスペーサ
８はシース３と、それぞれ摺動自在に保持されている。
従って、材質の相違するＨｆ棒２と他の部材であるＳＵ
Ｓ製のスペーサ８，長尺スティフナ22，シース３との間
に熱膨張係数の差による変位が発生しても、この変位が
不要な応力としてシース３に加わることがないので、さ
らに健全性を向上することができる。

【００７４】

【発明の効果】以上本発明によれば、原子炉用制御棒に
おけるウイングのシース内に、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長寿命型
中性子吸収棒をシースと同じ材質のスペーサにより摺動
自在に保持する。さらに、このスペーサの端部は内部に
中性子吸収材を収納した長尺スティフナを介してシース
に固着しているので、材質の異なる中性子吸収棒とシー
スとの熱膨張率の差により、原子炉運転に際して熱サイ
クルに伴うシースへの応力集中が防止されて、原子炉用
制御棒の健全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施の形態の原子炉用制御棒
の一部切欠き側面図で、（ａ）は挿入方向先端部、
（ｂ）は（ａ）の下方につながる中央と末端部を示す。

【図２】本発明に係る第１実施の形態のウイングの横断
面図で、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面、
（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面、（ｃ）は
図１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面、（ｄ）は図１
（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面、（ｅ）は図２（ｃ）の
Ａ部拡大断面を示す。

【図３】本発明に係る第２実施の形態のウイングの横断
面図で、（ａ）はスペーサ位置の断面、（ｂ）は図３
（ａ）のＢ部拡大断面を示す。

【図４】本発明に係る第３実施の形態のウイングの横断
面図で、（ａ）はスペーサ位置の断面、（ｂ）は図４
（ａ）のＣ部拡大断面を示す。

【図５】本発明に係る第４実施の形態のウイングの横断
面図で、（ａ）はスペーサ位置の断面、（ｂ）は図５
（ａ）のＤ部拡大断面を示す。

【図６】本発明に係る第５実施の形態のウイングの横断
面図で、（ａ）はスペーサ位置の断面、（ｂ）は図６
（ａ）のＥ部拡大断面を示す。

【図７】本発明に係る第６実施の形態の原子炉用制御棒
の一部切欠き側面図で、（ａ）は挿入方向先端部、
（ｂ）は（ａ）の下方につながる中央と末端部を示す。

【図８】本発明に係る第６実施の形態のウイングの横断
面図で、（ａ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面、
（ｂ）は図７（ｂ）のＦ−Ｆ線に沿った断面、（ｃ）は
図７（ｂ）のＧ−Ｇ線に沿った断面、（ｄ）は図８
（ｂ）のＦ部拡大断面、（ｅ）は図８（ｃ）のＧ部拡大
断面を示す。

【図９】従来の原子炉用制御棒で、（ａ）は一部切欠き
斜視図、（ｂ）は中性子吸収棒の要部拡大側面図。

【符号の説明】１，13，27…Ｈｆ制御棒、２…Ｈｆ棒、２ａ…Ｈｆ棒の
太径部、２ｂ…Ｈｆ棒の細径部、３…シース、４，14，
19，20，21，24，28…ウイング、５…先端構造材、６…
末端構造材、７…タイロッド、８…スペーサ、９…通水
孔、10…スピードリミッタ、11…ソケット、12…局所ス
ティフナ、15，22，25…長尺スティフナ、15ａ…長尺ス
ティフナの上部（空間）、15ｂ…長尺スティフナの下部
（空間）、16…溶接、17…内部中性子吸収材、18…通水
路、23，26…長尺スティフナの特殊角管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横断面が細長いＵ字状の複数の長尺シー
ス内にシース材と異なる材質の複数のハフニウムまたは
ハフニウム合金からなる棒状の長寿命型中性子吸収材を
挿入してウイングとすると共に前記シースの長手方向の
端部に先端構造材及び末端構造材を設けた原子炉用制御
棒において、前記ウイングの幅方向中間部で内部に内部
中性子吸収材を収納した管状の長尺スティフナを前記ウ
イングの長手方向略全長にわたって溶接等によりシース
と一体的に固着すると共に前記長尺スティフナに前記中
性子吸収材の長手方向に所定の間隔をおいてウイング幅
方向及び隣接中性子吸収材間を所定の間隔で保持するス
ペーサを固着して前記中性子吸収材とスペーサとの間に
通水路を形成して中性子吸収材とスペーサを摺動可能に
係合したことを特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項２】前記長尺スティフナを複数本並列に固着
して長尺一体スティフナとすると共に当該長尺一体ステ
ィフナに中性子吸収材との間が通水可能で中性子吸収材
の摺動を可能としたスペーサを固着して前記長尺一体ス
ティフナをウイング幅方向の中間部において前記シース
と一体的に固着した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】前記長尺スティフナを複数本離間配置し
てシースに固着すると共に、当該長尺スティフナに前記
スペーサを固着して前記長尺スティフナ間を含むシース
内に前記中性子吸収材を配列した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】前記長尺スティフナは、その外側面に突
出部を設けると共に内部にハフニウム，ハフニウム合
金，あるいは希土類元素のユーロピウム，サマリウム，
ディスプロシウム，ガドリニウムのうちの少なくとも一
つを含む中性子吸収材を収納したことを特徴とする請求
項１乃至請求項３記載の原子炉用制御棒。
【請求項５】前記ウイングは、シース材を幅方向に分
割して前記長尺スティフナを挟んで当該長尺スティフナ
の外側面突出部に固着して平板状としたことを特徴とす
る請求項１または請求項２あるいは請求項４記載の原子
炉用制御棒。
【請求項６】前記中性子吸収材間を所定の間隔に保持
するスペーサが、前記スティフナと独立して摺動自在で
長寿命型中性子吸収材に保持されていることを特徴とす
る原子炉用制御棒。