JPS58180986A - 制御棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水形原子ｌ”（ＢＹＩｔ）の運転制御に用
いられている制御棒に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、この種の制御棒は第１図に示すようＫ。

断面十字形の長尺表シースｌの上端に吊上げハンドルコ
を設け、下端にスピードリ２ツタ３を設けて形成されて
いる。そして、とのシース／の部分に中性子吸収体が設
けられている。このシース／はステンレス製でメ）、第
１図に示すように中空十字形に形成されており、各ブレ
ード／ａ、／ａの内部には中性子吸収体ダをステンレス
管Ｓで被榎した複数のポイズンチューブｔ、４が装填さ
れている。

この中性子吸収体ダの素材として従来は炭化はう素（Ｂ
４Ｃ）を用いていた。

ところが、Ｂ４Ｃを中性子吸収時弘として用いた制御棒
は、核的価値が低く、更に核的寿命も短いので早期交換
を要するものであった・即ち、Ｂ、Ｏのうち中性子を吸
収するのは質量数が１０のほう素（Ｂ−１０）のみであ
る。このＢ−１０は中性子を吸収してリチウム（Ｌｌ）
とへり９ム（Ｈｅ）とに変化する。一方のＨ・は中性子
吸収能力がほとんどなく、他方のＬｉＦｉ中性子吸収断
面積が非常に小さいので中性子吸収能力は低い、従って
、Ｂ、Ｏは中性子を吸収するにつれてその中性子吸収能
力が急速に減少して行くものであり。

とのＢ、Ｏを用いた制御棒もＢ−１０の減少に伴りてそ
の核的価値、即ち、中性子吸収能力が減少して行く。そ
して、制御棒の核的価値が一定限度以下に減少した場合
には、制御棒が核的な嗜命に到達したと判断して制御棒
を交換しなければならない。この核的寿命もＢ４Ｃを用
いた制御棒は短い。

なお、中性子吸収時に発生した１ｌｌｅガスは、制−棒
のシース／内に留まシ、シース／内の内圧力を高める。

Ｈｅガスの発生量が多くなってシース／内の内圧力が許
容圧力に達すると、制御棒の機棹的帰命に達したとして
制御棒を交換する。しかし、通常は核的寿命が機械的寿
命よシ短いので、この機械的寿命に対する対策は考慮し
なくてもよい。

また、従来からＢ、Ｏを用いた制御棒より核的寿命およ
び機械的寿命の長い制御棒を得るために、Ｂに代る中性
子吸収体としてハフニウム（Ｈｆ）、カド賞りム（Ｃａ
）、ガドリニウム（Ｇｌｌｌ）、サマリウム（８ｍ）、
ユーロピウム（ｍｕ　）　、ジスプロシウム（Ｄｙ　）
等が考えられている。

しかしながら、これらの代替原素を実際にどのようＫし
て用いたら効率的な中性子吸収を行なうことができるの
か明らかにされていない。

即ち、原素を単体で用いるのか化合物として用いるのか
、化合物として用いる場合にはどのよう表化合物とする
のか、また制御棒のシースｌの部分にどのようにして設
けるのか尋が明らかにされていな込。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであシ、Ｂ４
Ｃに代る中性子吸収体を用いて、核的価値が高く、核的
寿命が長い制御棒を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はＢ４Ｃに代えてＨｆとユーロピウム酸化物（ｌ
ｕ、ｏｓ）を用いるとともに、Ｈｆを！１ｉｕ１０Ｂ　
よシ外側に設けて中性子＠状体を形成したものである。

原子炉内で核燃料の核分裂によって生じた熱中性子は先
ず制御棒のＨｆからなる中性子吸収体によって吸収され
、その後内駒の１ｕｌｏｌからなる中性子吸収体によっ
て吸収される。これらのＨｆ。

Ｋｕ、Ｏ畠は供に核的価値が高くかつその核的寿命も長
いものであり、制御棒も核的に優れ喪ものである。

〔発明の実施例〕

先ず、中性子吸収体としてＨｆとＥｕ１Ｏａが優れてい
ることを説明する・ 制御棒の核的１ｔｌＩ値から見ると、Ｂ、Ｏよりも大き
い吸収断面積を有し、原子炉内で安定している物質とし
てはＣａ、ガドリウム酸化物（Ｇｄ！Ｏｓ）、サマリワ
ム酸化物（ｓｍ！ｏｚ）および１ｃｕ２０３が知られて
いる。

このうち、　　ｃａ　、　Ｇ（１，０，および８ｍ１Ｏ
，はＢ、Ｏと同様に中性子を吸収すると、中性子吸収断
面積が非常に小さい物質に変化するため、中性子吸収能
力が急激に減少する。そして、第８図により、中性子照
射量、即ち、制御棒の使用時間と、制御棒の核的価値と
の関係を見ると、Ｇｔ１２０．はＢ４Ｃと比べると、最
初は核的価値が同じであるが、中性子照射を受けるとＢ
４Ｃより急速に核的価値が低下する。よって、　Ｇｄ、
Ｏ，はＢ、Ｏより核的寿命が短い。前記Ｃａおよび８　
ｍｙ　ＯＨもＧ（１１０，と同様に核的寿命が短い。

一方、Ｅｕ１０３は質量数が／３／と１５３のエーロピ
ウム（ｘｕ−／ｓ／）と（ｙｖｕ−ｔｓｙ）から成って
いるが、’Ｅｕ−７．！；／と’ＦＡＩ−／！Ｇは中性
子を吸収してそれぞれＥｕ−／３２とＥｕ−／ｊダの同
位体に変化する。

そして、これらの同位体も中性子吸収断面積が大きいの
で、ｍ　ｕｔ　ＯＲはＥｕ−／ｊ／およびＫｕ−／！３
が同位体に変化した後も継続的に高い中性子吸収能力を
維持する（第３図参照）、従って、Ｂｕｂｏ。

はＢ４Ｃより核的寿命がかなり長い。

また、Ｈｆは質量数が／７７と／７１のＨｆ−／７７お
よびＨｆ　−／７１によって中性子を吸収する。これら
のＨｆ−７７７、Ｈｆ　−／７１は共に中性子吸収断面
積がＢ、Ｏおよび１！！ｕ１０３よりも小さいが、Ｋｕ
２０Ｂと同様に中性子を吸収した時に生成される同位体
Ｈｆ−／７．ｒ、Ｈｆ−／７９がいずれも中性子１に吸
収する本のである。従って、第３図に示すようにＨｆの
中性子吸収能力は長期に亘って維持される。

このように、ＨｆおよびＷ　ｕｔ　ｏ、けＢ４ＣＩｆ　
　より核的価値が高く、しかも核的寿命も長いので中性
子吸収体として優れている。

次に、本発明の具体的構成を説明する。

本発明では中性子吸収体を外側吸収体と内側吸収体とに
分けるとともに、その外側吸収体をＨｆにより形成し、
内＠吸収体をＦｊｕ、０１によって形成したものである
。

一方のＨｆＦｉＥｕ＊Ｏａより中性子吸収断面積は小さ
いが核的今命が長いので外側吸収体とされており、他方
のＰｕｔＯＢはＨｆより核的寿命が短いが中性子吸収断
面積が大きいので内側吸収体とされている。

即ち、本発明では核的寿命の長いＨｆにより中性子特に
熱中性子をある程度吸収し、その後中性子吸収断面積の
大きいＦｉｕｌｏｇにより更に中性子を吸収するように
形成されている。

第９〜７図は本発明の実施例を示し、外側吸収体と内側
吸収体との配置の種類を示している。

第９図は、制御棒のシース７をＩｆで製して外側吸収体
とし、そのシース７内に１ｕｔ０１からなる内側吸収体
ざをステンレス管デにより核種したポイズンチューブ１
０を多数装填して形成されている。

実際には、ｌＣｕ２Ｏ，は粉末もしくはペレットとして
ステンレス管り内に封入されている。また。

Ｋｕ、０１は中性子を吸収してもガスを発生しないので
、ステンレス管デの肉厚は従来よシ薄く形成されている
。

第５図は本発明の他の実施例を示し、ステンレス製のシ
ース／ｌ内に、ＩＣｕｌ　ｏ、からなる内側吸収体ざを
ｌ１ｌｆで製した管／−からなる外側吸収体により被接
したポイズンチューブ１３を多数装填して形成されてい
る。

この場合もＫｕ２０ｇは粉末もしくはペレット状に形成
されている。

第を図は本発明の更に他の実施例を示し、ステンレス製
のシース／ｌ内に、板状のポイズン板／４１を装填した
本のである。このポイズン板／４（は、ＫｕｌＯｌから
なる板状の内１１１１＆収体ｌをＨｆからなる外＠吸収
体／Ｓによ如被榎して形成されている。

この外側吸収体１５は一枚のＨｆ板の両端を溶接して形
成されており、内側吸収体ｒは１！：ｕｌＯｌの粉末ま
たはプレスにより板状に固めたものが使用されている。

第７図は、第を図の構成中に内＠吸収体♂と外隻 一吸状体／Ｓとの内にステンレス板製の隔離材／４を設
けて、Ｋ　ｕ、　ｏ、とＨｆとが直接的に触れないよう
にしたものである。

次に、本発明の作用を第１図に示す熱中性子束の減衰特
性に基づいて説明する。

第ｇ図は制御棒の外輛の一次冷却水と、その制御棒中の
外ｌ１１１ｅＬ収体および内側吸収体とにおける熱中性
子束を縁分ｏ−ｉに沿って測定した特性を示す。

今、原子炉中に本発明の制御棒を挿入する。

この原子炉内の熱中性子は制御棒に達するまでに、−次
冷却水によって若干吸収される１、そして、制御棒のＨ
ｆからなる外側吸収体に達した中性子は、その中を通過
する間に一部分がＨｆ−／’７’）およびＨｆ−１７ｇ
に吸収されて、それぞれをＩ（ｆ−１７ｇおよびＨｆ−
／７９に変化する。このようにして生成されたＨｆ−７
７、ｔ、Ｈｆ−／７ｑも更に中性子を吸収する。

従って、Ｈｆｆｉ中性子を良好に吸収するとともに、そ
の中性子吸収能力は極めてゆるやかにしか減少しない。

このようにして外＠吸収体であるＨｆによって吸収減衰
させられた中性子は、内側吸収体であるＥｕ１０Ｂ中に
侵入する。

とのＥｕ１Ｏ１のうちＥｕ　−／Ｊ／　、　Ｋｕ−／、
ｔ、？は）ｉｆよシ中性子吸収断面積が数倍大きいので
中性子を良好に吸収する。これは、Ｉｅｕあるいは安定
化合物でめるＲｕ１Ｏ１の核的価値、即ち、制御棒引抜
時の無限増倍率と制御棒挿入時の無限増倍率の差によっ
て表わされるものがＨｆよシ大きいからである・ そして、Ｚ　ｕ　、ＯＢはＨｆより核的寿命は短いが。

一旦Ｈｆによって減衰させられた熱中性子束にされるも
のであるから、中性子吸収能力の減少はＷ　ｕｌ　ｏ、
だけで中性子吸収体を形成した場合に比べて非常にゆる
やかである。

従って、とのＫｕｌＯ３の部分においては、Ｋｕ−／ｊ
／　、　Ｅｕ−／ｊ、？がそれぞれ中性子を吸収してＫ
ｕ−１５コ、］Ｃｕ−／ｊ４（に変化すゐとともに、更
にこのＥｕ−１５コ、Ｋｕ−／屏が中性子を吸収するこ
とによυ、制御棒内に侵入した中性子をほとんど吸収す
る（第１図参照）。

よって１本発明による制御棒はＨｆとＥｕ、０３との相
乗効果により原子炉内の熱中性子を効率的に吸収する。

々お、他の中性子吸収体としてジスプロシウム酸化物（
ＤｙｔＯ３）があシ、これはＢ、　Ｏよυも中性子吸収
断面積が少し小さいけれどもｌｕ、○。

より低摩であるため、　ＫｕｌＯ，の代替物として用い
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、Ｈｆからなる外側吸収体と’Ｆ、　ｕ、　ｏ
。

からなる内Ｉｆ＠収体状体よｐ中性子吸収体を内外コ層
に形成したから、これらの）ＩｆおよびＥｕ２０Ｂの相
乗効果により、ＨｔＪ１１’＄ｉの中性子吸収体に比べ
てＥｕの中性子吸収断面積が大きいので制御棒全体とし
ての核的価値が非常に大きく彦シ、更に、１ｅｕｔＯｇ
単独の中性子吸収体に比べて一旦核的鍔命の長いＨｆに
より中性子束を減衰させるものでおるから制御４１棒全
体色して核的寿命が長いものとなる勢の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御棒を示す一部切断斜視図、第１図は
第１図の…−Ｌに油りた拡大断面図、第３図は各中性子
吸収体の制御棒価値を示す線図、１＜ｚ〜７図はそれぞ
れ本発明の実施例を示す第一図同様の断面図、第１図は
本発明の制御棒による熱中性子の減衰状態を示す線図で
ある。 ７・・シース、♂・・中１１４１１吸収体、　／２・・
管、／、１・・・外側吸収体、ｌト・・隔離材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、中性子吸収体を有する制御棒において、前記中性子
   吸収体はハフニウムによって形成された外側吸収体と、
   この外ＩＩ＠収体の内＠に設けられているユーロピウム
   酸化物によりて形成された内＊ａ吸収体によって形成さ
   れていることを特徴とする制御棒。 コ、制御棒のシースをハフニウムによりて製し、前記シ
   ース内に挿入される各ボイズンチェープをユーロピウム
   酸化物をステンレス管によって被覆して形成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御棒。 ３、制御棒のシース内に挿入される各ポイズンチ、−ブ
   を、ユーロピウム酸化物ｔ”フニウムで製し喪管によシ
   被債して形成したことを特徴とする特許請求の範囲第７
   項記載の制御棒。 ダ、制御棒のシース内に、板状のユーロピウム酸化物を
   板状のハフニウムによって被覆した中性子吸収体を装填
   した仁とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御
   棒。 ５、ユーロピウム酸化物とハフニウムとの間に隔離材を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第ダ項記載の制
   御棒。