JPS6046488A - Control rod for nuclear reactor - Google Patents

Control rod for nuclear reactor

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Publication number
JPS6046488A
JPS6046488A JP58153212A JP15321283A JPS6046488A JP S6046488 A JPS6046488 A JP S6046488A JP 58153212 A JP58153212 A JP 58153212A JP 15321283 A JP15321283 A JP 15321283A JP S6046488 A JPS6046488 A JP S6046488A
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JP
Japan
Prior art keywords
control rod
tube
pellet
gap
rod
Prior art date
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Pending
Application number
JP58153212A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
伸雄 多田
丸 彰
大和田 政孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58153212A priority Critical patent/JPS6046488A/en
Publication of JPS6046488A publication Critical patent/JPS6046488A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉の制御棒に係シ、特にポロンカーバイ
ト(B4C)を焼結してベレット化したものを吸収材と
して充填した制御棒に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a control rod of a nuclear reactor, and in particular to a control rod filled with pelletized material obtained by sintering polon carbide (B4C) as an absorbent material. Regarding.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

第1図は沸騰水型原子炉に一般に用いられているいわゆ
る十字型制御棒(全体を符号1で示す]の斜視図であっ
て、ポロンの同位元素BIOを含むポロンカーパイ)(
B4C)の粉末からなる中性子吸収材22をステンレス
鋼製のチューブ21に封入してなる多数のアブンーバー
ロツド2が十字型に配列され、その外側を冷却水流入孔
を多数有するステンレス鋼製のシース3が覆っている。
FIG. 1 is a perspective view of a so-called cruciform control rod (generally designated by the reference numeral 1) commonly used in boiling water reactors, which contains poron isotope BIO.
A large number of neutron absorbing materials 22 made of B4C) powder are sealed in a stainless steel tube 21, and a large number of bubble rods 2 are arranged in a cross shape. Covered by sheath 3.

タイロッド4は十字型の翼を形成する4枚のシース3を
中央で結合している。シース3の上部にはハンドル5が
取付けられ、これにより制御棒をその上部より把握して
取扱うことができる構造としである。ハンドル7にはロ
ーラ6が取シ付けられていて、制御棒が炉心内を移動(
炉心への挿入および引抜)する時に制御棒の通過経路を
形成する燃料チャンネル(第2図参照)の側壁との間の
摩擦を減少させるようになっている。また、シース3の
下部には制御棒の落下速度を規制するための落下リミッ
タ7が取付けられている。該落下リミッタ7の下部は制
御棒の駆動系統へ結合きれる。
The tie rod 4 connects four sheaths 3 forming cross-shaped wings at the center. A handle 5 is attached to the upper part of the sheath 3, so that the control rod can be grasped and handled from the upper part. A roller 6 is attached to the handle 7, and the control rod moves within the reactor core (
This is intended to reduce friction between the control rods and the side walls of the fuel channels (see FIG. 2) that form the path through which the control rods pass during insertion into and withdrawal from the reactor core. Further, a fall limiter 7 is attached to the lower part of the sheath 3 to regulate the falling speed of the control rod. The lower part of the fall limiter 7 can be connected to the drive system of the control rod.

第2図は、第1阻に示した制御棒が炉心に挿入される場
合の燃料集合体との相互位置関係を示す横断面図であっ
て、4体の燃料集合体8で形成される単位セルに対し一
本の制御棒1が配置される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the mutual positional relationship with fuel assemblies when the control rods shown in the first section are inserted into the reactor core, and is a unit formed by four fuel assemblies 8. One control rod 1 is arranged for each cell.

制御棒1は燃料集合体8の燃料チャンネル側壁間に形成
された通路内に炉心下部から挿入される。
The control rods 1 are inserted into passages formed between the side walls of the fuel channels of the fuel assembly 8 from below the reactor core.

なお第2図の下半には1以上に説明した制御棒が炉心内
で中性子を吸収し原子炉の出力を制御する場合の中性子
束の分布の典型例を示しである。
The lower half of FIG. 2 shows a typical example of the distribution of neutron flux when the control rods described above absorb neutrons within the reactor core and control the output of the reactor.

すなわち、中性子束は、前記の単泣セルの中心部におい
て低く、また該セルの外側部において高くなる。ま、た
、通常、制御棒の先端部はど中性子照射量が多くなる。
That is, the neutron flux is low in the center of the monocrystalline cell and high in the outer part of the cell. Also, normally the tip of the control rod receives a large amount of neutron irradiation.

これらの当然の結果として制御棒の中性子吸収量は十字
型の翼の外側部から上方において多くなる傾向を有する
As a natural result of these, the amount of neutron absorption by the control rod tends to increase upward from the outer side of the cruciform wing.

ところで、制御棒の寿命は1次の因子で決定される。す
なわち、(幻中性子吸収材が中性子を吸収することによ
って、中性子を吸収しない物質に核的に変質し、中性子
吸収能力を十分有しなくなること、及び(2)中性子吸
収材および制御棒構造部材が中性子を吸収することによ
って材料的に変質し必要な強度および性能を保持できな
くなることである。
By the way, the life of a control rod is determined by a first-order factor. In other words, (by the phantom neutron absorbing material absorbing neutrons, it nuclearly transforms into a substance that does not absorb neutrons and no longer has sufficient neutron absorption ability, and (2) the neutron absorbing material and control rod structural members By absorbing neutrons, the material deteriorates and becomes unable to maintain the necessary strength and performance.

前記の制御棒においては、中性子吸収材のボロylO(
B”)U、中性子全吸収するとB10(n。
In the control rod described above, the neutron absorbing material boroylO(
B”)U, B10(n.

α)I、i7という反応を起こし、中性子吸収能のない
リチウムのα粒子に核変換する。このα粒子は他の原子
に衝突してB4C粒子を相互に結合するという事象を発
生させる。また更にα粒子は電子を捕獲することによっ
てヘリウムへと変化し。
α) A reaction called I, i7 occurs, transmuting into lithium α particles that do not have the ability to absorb neutrons. This α particle collides with other atoms and causes an event in which the B4C particles are bonded to each other. Furthermore, alpha particles change into helium by capturing electrons.

このヘリウムが上記作用によって結合されたB4C粒子
内に滞留すると、これを膨張せしめ、ステンレス鋼製チ
ューブ21に接触することによシこれに機械的荷重を加
えるに至る。他方、発生したヘリウムは気体としてステ
ンレス鋼製チューブ21内に留まシ、内圧を高めてチュ
ーブ21に機械的荷重を加える。
When this helium stays within the B4C particles bound by the above action, it expands and comes into contact with the stainless steel tube 21, thereby applying a mechanical load thereto. On the other hand, the generated helium remains in the stainless steel tube 21 as a gas, increasing the internal pressure and applying a mechanical load to the tube 21.

このような核的および材料的変化によって前記従来の制
御棒は寿命が比較的短いという欠点がある。
Due to these nuclear and material changes, the conventional control rods suffer from relatively short lifetimes.

上記の吸収材の膨張およびヘリウム圧力の上昇を抑える
ために、B4C粒子をペレット化した制御棒は公知であ
るが、ペレットとチューブとの間のギャップの規定は未
だ無い。
In order to suppress the expansion of the absorbent material and the increase in helium pressure, control rods made of pelletized B4C particles are known, but there is still no regulation of the gap between the pellets and the tube.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、B、Cのペレットと、チューブとの間
のギャップの大きさを、B10の濃縮度及びB、Cのペ
レットの焼結密度の関数として規定することによシ、従
来の制御棒と同等以上の制御棒価値及び核的な寿命を有
し、かつペレットの膨張によるチューブへの機械的荷重
をなくすことによって機械的な寿命の長い制御棒を提供
することに;らる。
The object of the present invention is to define the size of the gap between the B and C pellets and the tube as a function of the B10 concentration and the sintered density of the B and C pellets. The object of the present invention is to provide a control rod that has a control rod value and nuclear life equal to or higher than that of a control rod, and has a long mechanical life by eliminating the mechanical load on the tube due to pellet expansion.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

B、Cのペレットと、チューブとの間のギャップの大き
さδは%B、Cのペレットの外径をDp。
The size of the gap between the pellets B and C and the tube is %.The outer diameter of the pellet B and C is Dp.

チューブの内径をDiとしたとき、 δ= (1−(Dp/Di))xDi/2と表わされる
が、その大きさδは次の3点の事項によシ規定される。
When the inner diameter of the tube is Di, it is expressed as δ=(1−(Dp/Di))×Di/2, and the size δ is determined by the following three points.

(1)B4Cの膨張によるペレットとチューブとの間の
ギャップの減少を吸収できるだけの初期ギャップの大き
さを有すること。
(1) The initial gap size should be large enough to absorb the decrease in the gap between the pellet and the tube due to the expansion of B4C.

(2) 従来の制御棒と同等以上の核的寿命をもつため
に、アプンーバロツド内のBloの数が従来の制御棒に
比して同数以上を持つこと。
(2) In order to have a nuclear lifespan equal to or longer than that of conventional control rods, the number of Blo in the Apunbar rod must be equal to or greater than that of conventional control rods.

(3)従来の制御棒と同等以上の制(至)棒価値を有す
るために、B10の表面密度が従来の制御棒に比して同
等以上であること。
(3) In order to have a control rod value equal to or higher than that of conventional control rods, the surface density of B10 must be equal to or higher than that of conventional control rods.

本発明においては、上の3点の事項が Btoの濃縮度
およびB、Cのペレットの焼結密度によって異なること
を考慮して制御棒製造時のB、Cのペレットとチューブ
との間のギャップの大きさδを規定したことを特徴とす
るものであって、これKJ:J)、B4Cの膨張による
チューブへの機械的荷重の発生を防止して制御棒の長寿
命化を図ったものである。
In the present invention, considering that the above three points differ depending on the concentration of Bto and the sintering density of pellets B and C, the gap between pellets B and C and the tube during control rod manufacturing is This is characterized by defining the size δ of KJ:J), and is intended to extend the life of the control rod by preventing mechanical load from being applied to the tube due to expansion of B4C. be.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の実施例を第3図に示す。ここで、B4Cペレッ
ト9とチューブ21との間のギャップの大きさδは以下
のように規定される。
An embodiment of the invention is shown in FIG. Here, the size δ of the gap between the B4C pellet 9 and the tube 21 is defined as follows.

(1)B、Cベレットの体積膨張率は BIGの1%燃
焼当p0.3%である。一方、核的寿命として、制御棒
価値が10%劣下した時をとると、それはBtoが42
%燃焼した時であるので、体積膨張は12.6%である
と考えられる。
(1) The volume expansion coefficient of B and C pellets is p0.3% per 1% combustion of BIG. On the other hand, if we take the time when the control rod value deteriorates by 10% as the nuclear life, then Bto is 42
% combustion, the volumetric expansion is considered to be 12.6%.

したがってBtoが42%燃焼して核的寿命を迎えた時
にbB4c ベレット9がチューブ21に接触しないた
めには、 Dp (1+0.126 )l/3 <Diという関係
が必要となり、そのときベレット9とチューブ21の間
に設けるべき初期ギャップδは。
Therefore, in order for the bB4c pellet 9 not to contact the tube 21 when 42% of Bto burns and reaches its nuclear life, the relationship Dp (1+0.126)l/3 <Di is required, and in that case, the relationship between the pellet 9 and the tube 21 is required. The initial gap δ that should be provided between the tubes 21 is:

δ〉0.019 D i すなわち、チューブ内径の1.9%が少なくとも必要で
ある。
δ>0.019 D i That is, at least 1.9% of the tube inner diameter is required.

(2)核的寿命を従来の制御棒と比して同等以上にする
ためには、アブソーバ−ロッド2の中のBIGの薮を従
来の制御棒と同等以上とする必要がある。ベレット9に
おけるBIGの存在比をεとし、焼結密度をρとすると
、従来の制御棒においては BIGの存在比は0.19
8であシ、また充填密度は70%T、 D、であるので
、 1) p 2 Xε×ρ〉Di2xO,198X0.7
である必要がある。このとき、ベレット9とチューブ2
10間に設けるべき初期ギャップδは。
(2) In order to make the nuclear life equivalent to or higher than that of conventional control rods, it is necessary to make the BIG bush in the absorber rod 2 equal to or higher than that of conventional control rods. If the abundance ratio of BIG in pellet 9 is ε and the sintered density is ρ, the abundance ratio of BIG in the conventional control rod is 0.19.
8, and the packing density is 70% T, D, so 1) p 2 Xε×ρ〉Di2xO, 198X0.7
It must be. At this time, the bellet 9 and tube 2
The initial gap δ that should be set between 10 and 10 is.

δ((l−0,373(gす)−’/”)Di/2であ
ることが必要である。
It is necessary that δ((l-0,373(gsu)-'/'')Di/2.

(3) BIOは中性子吸収断面積が大きいので、制御
棒価値は、吸収材の表面にあるBIGの数に比例すると
考えられる。B4Cベレット9の制御棒価値が、従来の
制御棒と同等以上であるには、 Dp(ε×ρ)2/3≧Di (0,1,98X0.7
)2/3である必要がある。このときB4Cベレット9
とチューブ21との間のギャップδは、δく(1−0,
268(ε×ρ戸3)Di/2であることが必要である
(3) Since BIO has a large neutron absorption cross section, the control rod value is considered to be proportional to the number of BIGs on the surface of the absorber. In order for the control rod value of B4C Bellet 9 to be equal to or higher than that of conventional control rods, Dp(ε×ρ)2/3≧Di (0,1,98X0.7
) must be 2/3. At this time, B4C Beret 9
The gap δ between and the tube 21 is δ (1-0,
268 (ε x ρ 3) Di/2.

第4図は1以上の(1)、 (2)、 (3)の結果を
グラフに示したものである。この図より、134cペレ
ツト9とチューブ21との間のギャップδは、0.01
9Diくδく(1−0,373(ε×ρ) −1/2)
 D l/2の範囲にあることが必要である。
Figure 4 is a graph showing the results of (1), (2), and (3) for one or more cases. From this figure, the gap δ between the 134c pellet 9 and the tube 21 is 0.01
9Dikuδku(1-0,373(ε×ρ) -1/2)
It is necessary that it be in the range of D l/2.

〔発明の効果〕 本発明によれば、中性子吸収材たるB4Cが中性子の照
射をうけてもチューブに接触して機械的荷重をかけるこ
とがないので、制御棒としての寿命を長くすることがで
きる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, even when B4C, which is a neutron absorbing material, is irradiated with neutrons, it does not come into contact with the tube and apply mechanical load, so the life of the control rod can be extended. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の制御棒およびアブソーバロッドの説明図
、第2図は制御棒の配置およびその中性子束分布を示す
概略図、第3図は本発明の一実施例におけるアブソーバ
ロッドの断面図、第4図は本発明におけるB、Cベレッ
トとチューブとの間のギャップの規定範囲を示すギャッ
プと焼結密度並びにBIG存在比との関係図でおる。 1・・・制御棒、2・・・アブソーバロッド、21・・
・ステンレス鋼製チューブ、22・・・B4Cfi子、
3・・・シース、4・・・タイロッド、5・・・ハンド
ル、6・・・ローラ、7・・・落下速度リミッタ、8・
・・燃料集合体、9第2 図 第3I21 第4 口 とxf
FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional control rod and absorber rod, FIG. 2 is a schematic diagram showing the arrangement of the control rod and its neutron flux distribution, and FIG. 3 is a sectional view of the absorber rod in an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the gap, the sintered density, and the BIG abundance ratio, showing the specified range of the gap between the B and C pellets and the tube in the present invention. 1... Control rod, 2... Absorber rod, 21...
・Stainless steel tube, 22...B4Cfi,
3... Sheath, 4... Tie rod, 5... Handle, 6... Roller, 7... Falling speed limiter, 8...
...Fuel assembly, 9th figure 2nd figure 3I21 4th port and xf

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、中性子吸収材としてB4C(ポロンカーバイド)を
焼結してベレットにしたものを、チューブに充填した制
御棒において、ベレットの焼結密度 −を76%以上に
したことを特徴とする原子炉制御棒。 2、B4C中のB14の存在比ε、焼結密度ρを有する
B4Cのベレットと、内径Diを有するチューブとの間
に、0.019Di以上でかつ(1−0,373×(e
×ρ)−V2)Di/2以下のギャップを有することを
特徴とする特rt請求の範囲第1項の原子炉制御棒。
[Claims] 1. A control rod in which a tube is filled with a pellet made by sintering B4C (poron carbide) as a neutron absorbing material, and the sintered density of the pellet is -76% or more. Characteristic reactor control rod. 2. Between a B4C pellet having an abundance ratio ε of B14 in B4C and a sintered density ρ and a tube having an inner diameter Di, there is
×ρ)-V2) A nuclear reactor control rod according to claim 1, characterized in that it has a gap of not more than Di/2.
JP58153212A 1983-08-24 1983-08-24 Control rod for nuclear reactor Pending JPS6046488A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5492155A (en) * 1993-04-14 1996-02-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Wire laying-out apparatus
FR2741186A1 (en) * 1995-11-15 1997-05-16 Commissariat Energie Atomique Nuclear reactor control rod

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5492155A (en) * 1993-04-14 1996-02-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Wire laying-out apparatus
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