JPS5950150A - 中性子吸収材 - Google Patents

中性子吸収材

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JPS5950150A
JPS5950150A JP57160882A JP16088282A JPS5950150A JP S5950150 A JPS5950150 A JP S5950150A JP 57160882 A JP57160882 A JP 57160882A JP 16088282 A JP16088282 A JP 16088282A JP S5950150 A JPS5950150 A JP S5950150A
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neutron
absorbing material
metal
neutron absorbing
ceramic particles
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JP57160882A
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Yoshinori Kuwae
桑江 良昇
Junko Kawashima
川島 純子
Emiko Higashinakagaha
東中川 恵美子
Yoshio Hamamoto
浜本 良男
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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〕 本発明は水冷却原子炉のポイズンチューブの中に充填す
る中性子吸収材に関する。更に詳しくは、yl?イズン
チューブ内の空洞発生を極小化でき・従って、原子炉の
均一な制御能力の維持を可能ならしめる中性子吸収材に
関する。
〔従来技術およびその問題点〕
原子炉においては、炉心に中性子をよく吸収する材料を
挿入することによ如、核分裂反応の抑制、あるいは停止
を行なわせ、また、それを引き抜くことによって反応を
盛んにするなどして、炉の出力を意のままに制御するこ
とができる。現在、中性子吸収材としては、中性子吸収
能の大きいホウ素を含む炭化ホウ素(B4C)の粉末が
用いられている。笛1図に示すようにB、C粉末1は被
覆管2の中に元てんしたポイズンチューブの形で一般に
使用されている。
ところで、原子炉の運転中、B4Cのホウ素は中性子を
吸収すると(n、α)反応を起してヘリウムを生成し、
リチウムに変化する。リチウム(融点179℃)は、通
常の炉の運転条件(289℃)では液体であるため、B
4C粉末相互の間隙を浸潤する。
このためB、Cが消費されるにつれて、第2図に示す如
く被覆管内には均一な中性子吸収に有害な空洞4が発生
する。この空洞は更に、B、C粉末の焼しまシや炉内冷
却水による被覆管の振動に基づ< B、C粉末の沈降の
ため拡大成長していく。
かかる空洞の発生と成長はポイズンチューブの軸方向に
おける不均一な中性子吸収能をもたらし、その結果、原
子炉出力の制御が困難となるという問題があった。
このような問題を解決するため、従来は被覆管の中を、
複数個のステンレス製ポール3で分画し、形成された各
分画にB、C粉末を充填した構造のものが実用に供され
ている。
しかしながら、かかる従来の構造のものにあっても、各
ボール直下では空洞の発生と成長を防ぎ得ないので、本
質的な解決手段とはならず、なお均一な制御効率を得る
ことができなかった。
このような情況にあって、水冷却型原子炉のポイズンチ
ューブ型中性子吸収材として被覆管内に巨視的空洞の発
生がないかもしくは極めてその発生の少ないものの開発
が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的はポイズンチューブ用中性子吸収材の使用
期間中、その被覆管内における巨視的孕洞の発生、成長
に基づく制御能力の不均一化を防止した中性子吸収材を
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の中性子吸収材はセラミック粒子と金属マトリッ
クスからなるセラミック粒子分散金属複合体の中性子吸
収材であることを特徴とする。すなわち1本発明の中性
子吸収材は、金属マトリックスの中にセラミック粒子を
均一に分散し、固足した構造のものである4、 これを被稜管の中に装荷してポイズンチューブtS成し
た場合、中性子照射によってセラミック粒子(例えばB
4C)の消費が進んでもセラミック粒子は金属マトリッ
クス中に固別されているから、巨視的には空洞の発生は
ない。しかもセラミック粒子はマトリックス中に分散し
て存在するので焼きしまり現象も抑制される。
本発明に係るセラミック粒子は中性子吸収能が大きいセ
ラミック粒子であれば、いかなるものであってもよいが
、その巨視的熱中性子吸収断面積が3on−”以上のも
のが好適である。本発明にあっては、具体的にはB4C
、HfO2もしくはEu、0.粒子1種又U 2 f’
jM以上′ff:適宜に混合したものを挙げることがで
きる。これらのうち、B、Cは中性子断面積が大きく、
比較的安価に人手でき、しかも中性子吸収材として実績
も豊富であるという長所を有する反面、その使用寿命が
短かく、一方、HfO□およびEu2O3は使用中、壊
変に伴う中性吸収能の低下や、 Heの発生が起らない
という利点を有している。
用いるセラミック粒子Q粒径は5期以下であるのが好ま
しい。粒径が5Mより大きい場合には均一なセラミック
粒子分散金属複合材を得ることが困難で(・)9、粒径
音大きくしても箪洞の発生と成長の防止に何らのを与も
ないからである。
本発明の中性子吸収拐の他の構成安素であるマトリック
ス金属としては、Hf IEIJ 、Sm、 In 、
G(] 、Cd 。
Ir、Au、Ni 、Cuのうち1種または2種以上を
適宜に組合セタ合金が用いられる。:E(f、Eu、S
m+In、Gd、Cd。
I r 、 Auおよびそれらの合金はそれ自身の中性
子吸収能が太きいため本発明の中性子吸収拐の金属マト
リックスとして適する。寸た、Niは耐ヘリウム脆化が
優れるので中性子吸収材が(n+α)反応によってヘリ
ウムを発生しても、金属マトリックス強度の劣化を少な
くすることができるという利点がある。また、Cuは熱
体4度が高く、核反応に伴う壊変熱を有効に除去するの
で本発明に係る金属マトリックスに適する。
本発明の中性子吸収材にあってはセラミック粒子が10
体積係以上、好ましくは30〜98体積チ含んでいるこ
とが望ましく、体積含有率が10チよシ小さい場合は、
Niなどのように吸収能の小さい金属と組み合わせて用
いると中性子吸収材の中性子吸収能が低くなる。
本発明の中性子吸収材は次に示す3通りの方法で製造す
ることができる8 第1の方法は、上述したセラミック粒子の表面をマ) 
IJラックス属で被覆して得られた金属被覆セラミック
粒子粉末をホットプレスする方法である。
この場合、セラミック粒子表面に金属を被覆する方法と
しては、無電解鍍金法、プラズマ溶射法もしくはその他
の溶射法、金属化合物の熱分解を利用する化学蒸着法ま
たは金属の真空蒸着法等のセラミック粒子に対する金属
の密着性に優れる方法であれば、いかなる物理的もしく
は化学的金属被覆方法を用いてもよい。
この方法によれば、被覆されたマ) IJラックス属が
ホットプレスの過程で結合材として機能してセラミック
粒子を結着し、あわせて自らはマトリックスとなる。こ
のとき、被覆金属層の厚みを変えることにより、任意の
セラミック粒子の含有割合にすることができ、金属層の
厚みを薄くすれば、セラミック粒子の含有割合が大きく
、その結果、中性子吸収能の大きな複合体となシうる。
第2の方法は、第1の方法で調製した金属被覆セラミッ
ク粒子に、更に結合材用金属粉末を添加混合したのち、
それをホットプレスする方法である。この方法は金属マ
) IJラックス体積含有率を高めたい場合には、第1
の方法よシ生産性、経済性の面で優れる。セラミック粒
子に被覆する金属と結合材用金属とは同−金妬であるこ
とを要しないが、両者の密着性の観点から同一金属組成
であることが望ましい。
第1.第2の方法におけるホンドグレス法は尚業者に周
知の方法であってよい。ホットプレスは金属被覆セラミ
ック粒子粉末またはこれに結合材用金属粉末を添加した
混合粉末を直接金型に装荷して行うことができる。また
、ホットプレスの前処理として、上記被処理粉末を冷間
プレスして圧粉体を成形し、しかる後にホットプレスし
てもよい。
第3の方法は、上記被処理粉末を冷間プレスした圧粉体
をホットプレスすることなく、そのまま高温で焼結する
方法である。
このように、本発明の中性子吸収材の製造方法では、原
料としてマトリックス金属を被覆したセラミック粒子を
用いるので、セラミック粒子分散金属複合体中のセラミ
ック粒子の体積含有率を容易に高めることができ、また
その均一な分散性を得ることができる。
次に、第2図を参照して本発明の中性子吸収材を説明す
る。第2図は本発明の中性子吸収材の一態様を含むポイ
ズ/チューブの一部を拡大して示す概念的断面図である
。本発明の中性子吸収材5はベレットもしくは棒状であ
シ、これを被覆管2の中に装荷して使用される。その際
、第1図に示されるような中性子吸収能の低いステンレ
ス製ボール3による被覆管内の分画を必要としないので
、ポイズンチューブの軸方向に一層良好な中性子吸収能
の均一性がもたらされる。また本発明の中性子吸収材は
従来のB4C粉末と異なシ被覆管2の中へ容易に装荷で
きるという利点がある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の中性子吸収材およびその製造方法を実施
例に従って詳説する。
実施例1 粒径約l覇のB、C粉末1.3fを無電解ニッケル鍍金
液に浸漬して得られた棟被覆粉末1.52を、真空中、
1400℃で4 ton / ctdの圧力を加えなが
ら30分間保持することによシ、B4C粒子の体積含有
率96%、直径約4mn、厚み約45順の円柱状中性子
吸収材を得た。
これを、SUS 304製被覆管に収納してポイズンチ
ューブを構成し、289℃で10” n/ tdの中性
子を照射した後、中性子吸収材の形態を調べたところ、
空洞の発生はほとんど観察されなかった。
実施例2 粒径約1w+IのB4C粉末0.79の外表面にプラズ
マ溶射によシ、Hfヲ被シした。得られたHf被覆粉末
12と粒径約0.02mのHf粉末17とを均一に混合
したのち、真空中、1800℃で3 ton/iの圧力
を加えて20分間保持することによシ、B4C粒子の体
積含有率74チ、直径約4閣、厚み約30mの円柱状中
性子吸収材を?また。
これを、実施例1と同様にして、中性子照射後、中性子
吸収材の形態を調べたところ、空洞の発生はほとんど観
察されなかった。
実施例3 粒径的O01咽のEu2O3粉末1.1グを無電解ニッ
ケル鍍金液に浸漬して得られたNi被覆粉末1.52を
、真空中、1400℃で4 t、on / crlの圧
力を加えながら30分間保持することにより、Eu2O
,、粒子の体積含有率77%、直径約4rMn、厚み約
16叫の円柱状中性子吸収材を得た。
これを、実施例1と同様にして、中性子照射後、中性子
吸収材の形態を調べたところ、空洞の発生は全く観察さ
れなかった。
実施例4 粒径約0.1+mのHfO2粉末0.61の外表面にプ
ラズマ溶射により、Hfを被覆した。得られた)If被
覆粉末12と粒径約0.02w1のHf粉末1fとを均
一に混合したのち、真空中、1800℃で3ton/d
の圧力を加えて20分間保持することにょυ、Hf O
,の体積含有率36%、直径約4m+n、厚み約14朝
の円柱状中性子吸収材を得た。
これを実施例1と同様にして、中性子照射後、中性子吸
収材の形態を調べたところ、空洞の発生は観察されなか
った。
〔発明の効果〕
本発明の中性子吸収材は以上のように構成されてりるの
で、■使用期間中に中性子吸収材を収納するポイズンチ
ューブ内には空洞がほとんど発生せず、したがって長期
に亘シ均一な中性子吸収能を発揮する、■金属がマトリ
ックスであるため熱伝導が良好で、中性子吸収材の壊変
熱は被覆管外部を通流する冷却材によって容易に除去さ
れ、その結果、中性子吸収材への熱蓄積が防止されてそ
の材質劣化が抑制される、■ポイズンチューブ内には中
性子吸収能の低いステンレス鋼のゾールを配設すること
が不要となるので、ポイズンチューブの軸方向における
中性子吸収能の均一性が得られる、■また、被覆管への
中性子吸収材の充填に際して、従来は粉末充填のため充
填作業性が悪かったが、本発明の場合には被レットまた
は棒状材の充填なのでその作業性が向上する、■更には
、金属マトリックスとしてHf + 1)+t+等を用
いた」J)1合には、これらは(n +γ)反応を起し
I−Ieを発生しないので、ガス・スウェリングや管内
圧上昇を防止 ムできる、などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
254

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  セラミック粒子と金属マトリックスからなる
    セラミック粒子分散金属複合体の中性子吸収材。
  2. (2)  セラミック粒子がB4C、HfO,およびE
    u、06粒子の群から選ばれる少なくとも1種よシ成る
    lrを許請求の範囲第1項記載の中性子吸収材。
  3. (3)  金属マトリックスがHf 、Eu、Sm+ 
    In、Gd、Cd。 Ir、Au、Ni 、Cuの群から選ばれる少なくとも
    1種よシ成る特許請求の範囲第1項記載の中性子吸収材
  4. (4)  セラミック粒子の体積含有率が10%以上で
    ある特許HYI求の範囲第1項記載の中性子吸収材。
JP57160882A 1982-09-17 1982-09-17 中性子吸収材 Granted JPS5950150A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02108999A (ja) * 1988-09-15 1990-04-20 Europ De Zirconium Cezus:Co 中性子吸収ペレットの製造方法
JP2002538472A (ja) * 1999-03-03 2002-11-12 コミツサリア タ レネルジー アトミーク ボロンカーバイドとハフニウムとを含有した中性子吸収材料およびその製造方法

Cited By (3)

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