JPS5928876B2 - 制御棒組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の燃料集合体の改良に関し、スパイダ
ーと、該スパイダーに取外し可能に取付けられ可燃性毒
物室枠（制御棒）とから成る制御棒組立体に関する。

核反応過程から有用な動力を創生ずるためには、分裂性
ウランまたはその他の適当な物質を、連続的なエネルギ
ー創生連鎖反応が維持されるように十分に密集した配列
形態に組立てることが必要である。

この燃料集合体、即ち炉心の分裂反応によって得られた
熱を作動流体に伝達するのであるが、作動流体としては
一般に水が使用され、加圧水を高速度で炉心を通して通
流させる。

原子炉の炉心内に生じる熱、振動および放射線により有
害な環境が創生されるので、炉心構成要素の構造的保全
を維持することが肝要である。

従って、加圧水型原子炉の炉心は、複数の燃料集合体群
をほぼ真円筒形態に配列することによって構成するのが
普通である。

各燃料集合体は、互いに平行に間隔を置いて配列した約
２００本の細長い燃料棒の配列体から成る。

各燃料棒は、はぼ円筒状の二酸化ウランペレットの積重
体を包含しており、ウランが原子炉の分裂性燃料を提供
する。

これらの燃料集合体は、燃料棒だけに限らず、他の幾つ
かの要素をも支持する、例えは、炉心内の温度および中
性子束状態を観察するための計器管、燃料集合体の各構
成要素を安定的に固定するための端部取付具および燃料
素体保持グリッド、および炉心内における分裂誘発中性
子を選択的に吸収することにより原子炉からの動力出力
を調整するための制御棒および制御棒案内管も燃料集合
体の一部を構成している。

周知のように、中性子の分布は、炉心内の部位によって
異る。

例えば、炉心の周縁近くにおいては炉心の中心部におけ
るよりも中性子発生ウランの密集度が低いので、炉心周
縁部の中性子の数は、炉心の中心部に比べて少い。

しかも、中性子は炉心の周縁からは、炉心の中心部から
より１逃げ」易いので、炉心周縁近くの中性子の密集度
は一層減少する傾向がある。

炉心のどの部分における熱発生量もその部分の中性子の
濃度即ち密集度に依存しているので、炉心の中心部にお
ける方がその周縁部より高温になるはっきりした傾向が
ある。

炉心内の異る領域において局部的な最高温度を発生する
このような傾向は、一般に幾つかの点で望ましくない。

第１に、原子炉は、所定の温度以下の炉心作動に適応す
るように設計されているが、炉心内の１個所または数個
所の局部的な部位においてこの最高炉心温度に達すると
、炉心の総潜在発熱量を実現することができない。

なぜなら、最高設計温度に達してしまった特定の部位即
ち「ホット・スポット」がその設計温度を越えないよう
にするためには炉心内の他の部位の温度を低い値に抑制
しなければならないからである。

従って、炉心の中心部の中性子密集度（従って、発熱量
）を抑制し、炉心の周縁環状領域の比較的大きい体積内
の中性子密集度が増大するようにすれば、炉全体として
の出力を増大させることができる。

このようにして炉心内の出力分布を平均化すれば、中性
子の密集度、温度および出力が炉心の中心部またはその
他の部位において最大限に達するがままに放置しておい
た場合に比べて炉心の動力発生量を高めることができる
。

出力分布の「平均化」を達成するために、燃料集合体に
消耗性毒物室枠を挿入することが従来から慣用されてい
る。

通常、可燃性毒物室枠は、非常に高い中性子吸収性を有
する物質を充填した管である。

このための物質としては、例えば、アルミナマトリック
スに炭化硼素を分散させて焼結させたものが好適である
。

毒物質棒内の物質によって吸収された中性子は、実際上
、分裂および動力発生過程から除外される。

従って、炉心の出力分布を「平均化」させるためには、
可燃性毒物室枠を炉心の中心部にある燃料集合体内に集
中させる。

また、いろいろな微妙な要因に鑑みて、設計上または作
動上の特徴により局部的に中性子の温度が高くなるよう
な炉心の他の部分にも可燃性毒物室枠を集中させること
が望ましい場合もある。

燃料集合体は、炉心内の有害な環境内においているいろ
な構造的部材のすべてを支持しなければならす、しかも
、迅速かつ容易な分解を可能にするという幾分相反する
要求を充足しなければならない。

例えば、燃料集合体は、作動炉心内に露呈されると、放
射性となる。

この放射能は、強力なので、燃料集合体の点検および修
理は、十分な放射能遮蔽体の後側で遠隔操作装置を使用
してでなければ実施することができない。

従って、燃料集合体の分解作業は長い時間を要し、費用
がかかるので、燃料集合体は頑健で、しかも分解し易い
構造体であることが、商業的にみて重要な要素である。

燃料集合体内に装着される可燃性毒物室枠は、その集合
体の構造の一部分である。

一般に、従来技術においては毒物室枠は、燃料棒の長手
方向に平行な方向に移動しうるように取付けられる。

複数本の毒物室枠を燃料集合体の他の部分に対して長手
方向に移動自在に連結するための手段としては、多くの
場合、中央バブと、該バブから放射状に延長した複数の
腕から成る「スパイダー」が使用される。

毒物室枠を長手方向に移動しつるように取付けなければ
ならないのは、炉の出力平均化を計るために原子炉操作
員が毒物室枠を出入れしなければならないからである。

使用ずみの毒物室枠は、スパイダーに取りつけられたま
ま、まとめて抜取り、放射能遮蔽性容器内に詰めて適当
な場所へ廃棄するために搬出しなければならない。

この輸送用容器の容積を有効に活用するためには各毒・
物室枠をスパイダーから取外すことが望ましい。

しかし、不都合なことに、スパイダーから毒物室枠を取
外す操作は、複雑で、幾つかの理由により危険性がある
。

原子炉の炉心内で十分に放射線を被曝した毒物室枠には
内部ガス圧が発生している。

また、可燃性毒物を被覆している鞘またはチューブは、
一定時間放射線を被曝した結果として相当に脆弱化して
いる。

毒物室枠は、通常、ねじ付線着具によってそれぞれのス
パイダー腕に結合されている。

このような条件下において、毒物室枠をスパイダーから
取外すための最も一般的な技法は、せん断またはこの引
きによる方法である。

毒物室枠をこの引きする場合は、棒を静かに取扱うこと
ができる（棒内のガス圧のことを考えた場合静かに取扱
うことは重要な要素である）が、この引きの場合は放射
性ののこ屑が生じる。

一方、せん断による切断方法は、のこ屑の問題は生じな
いが、棒の取扱いが乱暴になる。

従って、可燃性毒物室枠を炉心の環境に耐えうるような
態様でスパイダー腕に結合し、しかも、簡単に、迅速に
、かつ、おだやかに取外すことができるような態様で毒
物室枠をスパイダー腕に結合するための手段が要望され
ている。

本発明によれば、可燃性毒物室枠の一端にピンまたは軸
を固定し、その軸をスパイダー腕の孔内に装着する。

この軸をスパイダー腕に固定するための手段としてはい
ろいろな手段を使用することができるが、例えば軸に設
けた破断可能なフランジをそれに隣接するスパイダー腕
部分に溶接するのが好適である。

本発明に基いてスパイダーに取付けられた毒物室枠は、
該棒およびそれに連結された前記軸の長手軸線と一致す
る方向に力を加えることによってスパイダー腕の前記孔
から該軸を押出すことにより容易にスパイダー腕から抜
取ることができる。

即ち、前記破断可能なフランジが、所定の切込み線また
は切込み溝、即ち「弱化点」（所定の破断平面）に沿っ
て破断し、前記軸をスパイダーの孔を通って押出すこと
ができるようにする。

即ち、長手方向の力を加えると、前記軸の据込み部分を
スパイダー腕の孔に押しつけ、最終的に該孔から押出す
。

この場合、軸をスパイダーの孔から押出すのに相当な力
が加えられるが、その力は軸および毒物室枠に対して長
手方向に加えられる。

本発明のこの特徴は、脆弱な、内部ガス圧を有する毒物
室枠をせん断による切断操作の際に生じることのある破
断やその他の損傷から防護するのみならず、毒物室枠を
のこ引きに・よりスパイダーから切離した場合に生じる
放射性ののこ屑をも回避する。

本発明の叙上およびその他の目的、特徴ならびに利点は
、添付図面を参照して記述した以下の説明から一層明瞭
になろう。

第１図を参照して説明すると、ステンレス鋼等で形成し
たスパイダー１０は、長手軸線１２を有する中央円筒状
バブ１１と、該バブから軸線１２に対して垂直な平面内
において放射状に延長させた複数のスパイダー腕（第１
図にはスパイダー腕１３．１４，１５，１６，１７，２
０，２１だけが示されている）とから成る。

一層の可燃性毒物室枠２２，２３，２４，２５゜２６．
２７，３０をそれぞれ対応するスパイダー腕（こ取付け
る。

これらの毒物室枠は細長いチューブであり、該チューブ
の軸線をバブ１１の軸線１２と平行に配置する。

一部切除した断面図で示されている毒物室枠３０を参照
して説明すると、毒物室枠の外表面は中空チューブ３１
によって構成されており、該チューブの一端は、該開放
端内に溶接または他の手段により取付けた中実プラグ３
２によって密封されている。

チューブ３１内には短い円筒形の可燃性毒物質ペレット
３３の積重体を装填し、プラグ３２上に載置する。

この積重体の個々のベレット３３は、積重体の最上段の
ペレットに衝接させたばね３４によって長手方向に押圧
する。

ばね３４の外端は、チューブ３１の他端内に挿入した端
部キャップまたはプラグ３５によって保持し、該キャッ
プを該他端に固定する。

第２図に示された本発明の実施例においては、可燃性毒
物室枠７４の一端を閉鎖するための端部キャップは、参
照番号７３で示されている。

第２図にみられるように、キャップ７３は、構７４の開
口端に挿入され、該開口端から突出した部分を有してい
る。

端部キャップ７３には長手方向のねじ孔７５を形成し、
該ねじ孔に軸７６のねじ付端を螺着させる。

端部キャップ７３の円筒形小径上端部分をスパイダー腕
８１に形成した凹部８ｏ内に挿入し、キャップの上端７
７を凹部の底面に衝接させる。

四部８０は、軸７６の直径より僅かに大きい直径の孔８
２と軸線方向に整列させである。

軸７６の長手の一部分８３はスパイダー腕８１より上に
突出させ、該部分の上端面に切り溝８４を形成する。

溝８４は、軸７６をキャップ７３のねじ孔７５内へねじ
込むのに使用するドライバ等を受入れるための手段であ
る。

本発明によれば、軸７６の長手突出部分８３の外面から
横方向に突出するフランジ８５を設ける。

フランジ８５の直径は、該フランジがスパイダー腕の上
面に座着するように孔８２の径より大きくする。

フランジ８５の軸７６の外周面に近接する部分に孔８２
と軸線方向に整列する円形の凹溝または切込み線８６を
形成する。

フランジ８５を点溶接または仮付は溶接８７または他の
適当な手段によってスパイダー腕８１に固着し、それに
よって軸７６をスパイダー腕の所定位置に固定する。

毒物室枠７４をスパイダー腕８１から取外す場合には、
プレート９０をスパイダー腕の上に載置し、孔８２の長
手方向に押圧する（第３図）。

それによって軸７６をスパイダー腕に固定している力に
打克つのに十分な力で軸７６の突出部分８３を押込み、
フランジ８５を凹溝８６によって形成された「弱化点」
のところにおいて破断させて軸７６から切離す。

それによって、軸７６および毒物室枠７４をスパイダー
腕から抜取ることができる。

次いで、軸７６を棒７６のキャップ７４からねじをもど
すことによって外す。

このようにして、先に述べたのこ引き切断や、せん新法
に随伴する危険を回避した形で棒７４をスパイダー腕か
ら取外すことができる。

プレート９０は、１つのスパイダーに取付けられている
数本またはすべての毒物室枠に係合させることのできる
大きさとし、１度に１群の毒物室枠を取外すようにする
ことができる。

それによって、従来の時間のかかる危保な取外し作業を
回避するこちができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的なスパイダーと毒物室枠の組合せ体を示
す側面図、第２図は本発明の一実施例の断面図、第３図
は毒物室枠を取外すための本発明の方法を示す一部切除
した断面図である。 １０・・・・・・スパイダー、７３・・・・・・キャッ
プ、７３・・・・・・毒物室枠、７６・・・・・・軸、
８１・・・・・・スパイダー腕、８２・・・・・・孔、
８５・・・・・・フランジ、８６・・・・・・凹溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々可燃性毒物室枠を受容するためのスパイダ一孔
   ８２を有する複数のスパイダー腕８１を備えたスパイダ
   ー１０と、可燃性毒物室枠７４と、該毒物室枠の一端に
   固定し、該一端がら該棒の長手軸線に整列させて突出さ
   せ、前記スパイダ一孔内に嵌合するようにした軸７６と
   、該軸を前記スパイダ一孔に保持するために該軸から横
   断方向にスパイダ一孔の直径より外方にまで突出させた
   フランジ８５とから成り、該フランジには、前記スパイ
   ダーの孔の外周と長手方向に整列する溝８６を刻設し、
   該溝は、前記軸を該スパイダ一孔内に保持している力よ
   り大きい長手方向の力を該軸に加えることにより、前記
   毒物室枠の構造的完全性ならびに該スパイダーの構造的
   完全性を破壊することなく、該軸を該保持力に打克って
   長手方向に移動させ該溝のところにおいて前記フランジ
   を該軸から破断させることを可能にする所定の弱化点を
   形成するようにしたことを特徴とする制御棒組立体。 ２ 前記軸を前記スパイダーより上に突出させるように
   して保持するために前記フランジを該軸の上端より下の
   部位に配設した特許請求の範囲第１項記載の制御棒組立
   体。