JPS6166188A - 原子炉制御棒 - Google Patents
原子炉制御棒Info
- Publication number
- JPS6166188A JPS6166188A JP59187954A JP18795484A JPS6166188A JP S6166188 A JPS6166188 A JP S6166188A JP 59187954 A JP59187954 A JP 59187954A JP 18795484 A JP18795484 A JP 18795484A JP S6166188 A JPS6166188 A JP S6166188A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control rod
- nuclear reactor
- corrosion resistance
- alloy
- reactor control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は新規な原子炉用制御棒に係り、特に高温水中で
の耐食性が著しく良好であるＩ−Ｉ ｆ合金で成る部材
から構成される原子炉用制御棒に関する。
の耐食性が著しく良好であるＩ−Ｉ ｆ合金で成る部材
から構成される原子炉用制御棒に関する。
Ｈｆは熱中性子吸収断面積は必ずしも大きくはないが、
共鳴エネルギー領域に多数のピークを有するため原子炉
の制御材としての有効な核特性を有している。
共鳴エネルギー領域に多数のピークを有するため原子炉
の制御材としての有効な核特性を有している。
現在、ＢＷＲ用の制御棒は第１図に示すように中性子吸
収材としてのボロン・カーバイド（Ｂ４Ｃ）の粉末を細
いステンレス鋼管に充填した中性子吸収管１を十字型の
ステンレス鋼製２の内側に配列したものを使用している
。
収材としてのボロン・カーバイド（Ｂ４Ｃ）の粉末を細
いステンレス鋼管に充填した中性子吸収管１を十字型の
ステンレス鋼製２の内側に配列したものを使用している
。
この制御棒は４組の燃料アセンブリと原子炉炉心のユニ
ットを構成する。すなわち、１体の制御棒によって４組
の燃料アセンブリの出力を制御している。
ットを構成する。すなわち、１体の制御棒によって４組
の燃料アセンブリの出力を制御している。
今後プラントの利用率向上の点から運転サイクルの長期
間化が予定されている。また、寿命に達した制御棒の取
替えはプラントの定期点検の工程に影響を及ぼす他に、
更に使用済みの制御棒は放射性廃棄物の量を増すことに
なるために、制御棒の使用寿命を長くすることが強く望
まれている。
間化が予定されている。また、寿命に達した制御棒の取
替えはプラントの定期点検の工程に影響を及ぼす他に、
更に使用済みの制御棒は放射性廃棄物の量を増すことに
なるために、制御棒の使用寿命を長くすることが強く望
まれている。
このようか状況よシ、現用のＢＷＲ制御棒にＨｆ＃を適
用することが計画されている。例えば、時分５８−４４
２３７ において制御棒の上方部分及び側方部分にＨｆ
を使用する制御棒が提案されている。また、特開昭５６
−９７８９７及び特開昭５６−７４６９０ においては
）（ｆ又はＨｆ合金を板状で使用した制御棒が示されて
いる。更に、特開昭５９−３８６８７においては中性子
吸収材として）Ｊｆ管を使用することが示されている。
用することが計画されている。例えば、時分５８−４４
２３７ において制御棒の上方部分及び側方部分にＨｆ
を使用する制御棒が提案されている。また、特開昭５６
−９７８９７及び特開昭５６−７４６９０ においては
）（ｆ又はＨｆ合金を板状で使用した制御棒が示されて
いる。更に、特開昭５９−３８６８７においては中性子
吸収材として）Ｊｆ管を使用することが示されている。
Ｈｆ材は高温水中での耐食性が優れていると言われてい
るが、ＢＷＲｍ境下での長時間使用に対してその耐食性
は十分でないことを本願発明者らが見い出した。
るが、ＢＷＲｍ境下での長時間使用に対してその耐食性
は十分でないことを本願発明者らが見い出した。
〔発明の目的〕
本発明の目的は高温水中での耐食性が著しく優れたＨ
ｆ合金部材から成る長寿命制御棒を提供することにある
。
ｆ合金部材から成る長寿命制御棒を提供することにある
。
本発明は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＮｂの１種又は２種以
上を表面にコーティングすることによシ高温水中での耐
食性を著しく改善したＺｒを含む新規なＨｆ合金部材に
より構成した原子炉用制御棒にある。
上を表面にコーティングすることによシ高温水中での耐
食性を著しく改善したＺｒを含む新規なＨｆ合金部材に
より構成した原子炉用制御棒にある。
即ち、Ｈｆ合金にＦ’ｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、 Ｎｂを一種又
は二種以上添加すると耐食性が著しく改善されることが
新たに見出された。これらの元素を添加することによシ
耐食性が向上する理由は十分明らかではないが、マトリ
クスにＦｅ等が固溶しているとき及びそれらの析出物が
存在するときには形成される酸化皮膜の特性が変化し、
非常に優れた耐食性を示すと考えられる。
は二種以上添加すると耐食性が著しく改善されることが
新たに見出された。これらの元素を添加することによシ
耐食性が向上する理由は十分明らかではないが、マトリ
クスにＦｅ等が固溶しているとき及びそれらの析出物が
存在するときには形成される酸化皮膜の特性が変化し、
非常に優れた耐食性を示すと考えられる。
これらの元素の１種又は２種以上の総合の添加量は１重
量％が好ましいが３００〜２０００ｐがよシ好ましい。
量％が好ましいが３００〜２０００ｐがよシ好ましい。
これらの元素の添加量はＨｆ合金への固溶限に依存し、
概ね３００ｐ以上添加すれば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ
いずれも固溶限を越えるのでそれらの化合物が析出する
。２００〇−以上添加してもその効果は顕著ではなく、
逆に機械的性質への悪影響も懸念されるので３００〜２
０００１１！Ｉａの範囲が好ましい。
概ね３００ｐ以上添加すれば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ
いずれも固溶限を越えるのでそれらの化合物が析出する
。２００〇−以上添加してもその効果は顕著ではなく、
逆に機械的性質への悪影響も懸念されるので３００〜２
０００１１！Ｉａの範囲が好ましい。
拡散浸透処理温度は結晶粒の粗大化を防止する必要があ
るので、８００〜９００Ｃが好ましい。
るので、８００〜９００Ｃが好ましい。
特に８°００〜８５０Ｃがよい。この温度で処理するこ
とによシ微細な析出物が形成され、耐食性が向上する。
とによシ微細な析出物が形成され、耐食性が向上する。
これらの元素は少なくともＨｆ及びＨｆ合金において析
出限界以上に添加することが効果的である。
出限界以上に添加することが効果的である。
即ち、上記の添加元素がＨｆと第二相の析出物を形成し
かつマトリクス中に微細に分布している状態が耐食性の
点で有効である。つまり、マトリクス中にこれらの元素
が十分固溶しておシ、かつそれらの微細々析出物がマト
リクス中に存在するミクロ組織が耐食性の観点から望し
いことが知られた。
かつマトリクス中に微細に分布している状態が耐食性の
点で有効である。つまり、マトリクス中にこれらの元素
が十分固溶しておシ、かつそれらの微細々析出物がマト
リクス中に存在するミクロ組織が耐食性の観点から望し
いことが知られた。
これらのミクロ組織はＨｆ合金部材（部材は丸棒又は板
状で使用される）の断面全てにわたって存在する必要は
ない。それは、次の理由による。
状で使用される）の断面全てにわたって存在する必要は
ない。それは、次の理由による。
■耐食性の問題は部材の表面近傍のみに限られること。
つまり、耐食性が要求されるのは表面近傍だけである。
■Ｈｆ合金部材は制御棒の構成部材のなかで、中性子吸
収材として使用されるため、中性子吸収断面積の小さい
元素（上記の添加元素の中性子吸収断面積はいずれもＨ
ｆより小さい）を）（ｆ合金に添加することは核特性の
点からは好ましくない。
収材として使用されるため、中性子吸収断面積の小さい
元素（上記の添加元素の中性子吸収断面積はいずれもＨ
ｆより小さい）を）（ｆ合金に添加することは核特性の
点からは好ましくない。
従って、元素の添加量は少ない方が望しいと言える。
■これらの元素を添加することによる機械的性質の変化
が懸念される。
が懸念される。
このような観点より、Ｈｆ合金部材の耐食性を向上させ
る場合に、部材の表面近傍に耐食性の優れたミクロ組織
を有する領域を形成させることを見出した。このＨｆ合
金部材の二重組織構造によシ上述の■、■の問題は解決
されることが知られた。
る場合に、部材の表面近傍に耐食性の優れたミクロ組織
を有する領域を形成させることを見出した。このＨｆ合
金部材の二重組織構造によシ上述の■、■の問題は解決
されることが知られた。
即ち、Ｈｆ合金部材の表面にＦ’ｅ、Ｎｉ、Ｃｒ。
Ｎｂのなかの一種又は二種以上を拡散処理、化学蒸着、
真空蒸着又はイオン打込み等の方法によシ添加し、前述
したような耐食性の優れたミクロ組織を形成させる。ま
た、表面近傍のミクロ組織の調整が必要な場合は電子ビ
ーム加熱又はレーザービームの加熱等の局部加熱方法が
効果的である。
真空蒸着又はイオン打込み等の方法によシ添加し、前述
したような耐食性の優れたミクロ組織を形成させる。ま
た、表面近傍のミクロ組織の調整が必要な場合は電子ビ
ーム加熱又はレーザービームの加熱等の局部加熱方法が
効果的である。
本発明によるこのような二重組織構造を有する）（ｆ合
金部材を使用することによシ顕著に耐食性の優れた制御
棒を提供できる。
金部材を使用することによシ顕著に耐食性の優れた制御
棒を提供できる。
ｚｒ含有量は１〜５重量％が好咳しい。
本発明の制御棒は棒又は管のいずれでもよい。
コーチングは最終形状の状態で行うのが好ましい。
試験に用いた供試材はＺｒを３．３ ｗ ｔチ含み、そ
の他年可避的な不純物を含有するＨｆ合金である。不純
物としてＦｅが５０−以下含有している。
の他年可避的な不純物を含有するＨｆ合金である。不純
物としてＦｅが５０−以下含有している。
購入した上記の）（ｆ丸棒の表面に真空蒸着によりＦｅ
の厚さを変えてコーティングし、その後焼なまし処理（
８００′ｃ、２時間）を行い表面の濃度を変えた。上記
の処理を行ったものと処理を行なわない受人材の試料を
作製した。これらの試料についてミクロ組織観察、腐食
試験及び腐食試験後に試験片の外観観察を行った。なお
、表面処理前に）（ｆ合金は冷間引抜きを行い、次いで
８００Ｃで焼なましが施されたものである。
の厚さを変えてコーティングし、その後焼なまし処理（
８００′ｃ、２時間）を行い表面の濃度を変えた。上記
の処理を行ったものと処理を行なわない受人材の試料を
作製した。これらの試料についてミクロ組織観察、腐食
試験及び腐食試験後に試験片の外観観察を行った。なお
、表面処理前に）（ｆ合金は冷間引抜きを行い、次いで
８００Ｃで焼なましが施されたものである。
腐食試験は５００ｔＺ’、１０５にり／α２の高温高圧
水蒸気中で２４時間保持することによシ行なった。この
腐食試験は原子炉炉内の腐食状況を模擬した加速試験法
である。腐食試験後の試験片の外観は、表面コーティン
グを行った試料の表面が黒色の酸化皮膜で被われている
のに対して、表面処理を行なわないものは灰白色の皮膜
を示している。
水蒸気中で２４時間保持することによシ行なった。この
腐食試験は原子炉炉内の腐食状況を模擬した加速試験法
である。腐食試験後の試験片の外観は、表面コーティン
グを行った試料の表面が黒色の酸化皮膜で被われている
のに対して、表面処理を行なわないものは灰白色の皮膜
を示している。
これまでの実験より灰白色の皮膜を示す方が耐食性は劣
っていることが知られている。即ち、ｌｉ”ｅコーティ
ングの効果が顕著に現われている。
っていることが知られている。即ち、ｌｉ”ｅコーティ
ングの効果が顕著に現われている。
第２図は外表面でＦｅを３９０ｐＨ１１浸透させた表面
処理を行ったものと行なわないものとの顕微鏡写真を示
す。表面処理を行ったものには多数微細な析出物が観察
され、前述したような耐食性の優′れだミクロ組織を示
している。一方、表面処理を行なわないものにはそのよ
うな析出物は観察されない。なお、分析の結果これらの
析出物はＦｅの化合物であることを確認している。
処理を行ったものと行なわないものとの顕微鏡写真を示
す。表面処理を行ったものには多数微細な析出物が観察
され、前述したような耐食性の優′れだミクロ組織を示
している。一方、表面処理を行なわないものにはそのよ
うな析出物は観察されない。なお、分析の結果これらの
析出物はＦｅの化合物であることを確認している。
このように、表面ＫＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＮｂの少なく
とも１種の析出物が存在するミクロ組織を有するＨｆ合
金は優れた耐食性を有することが示された。
とも１種の析出物が存在するミクロ組織を有するＨｆ合
金は優れた耐食性を有することが示された。
第３図は表面のＦｅ含有量と腐食増量との関係を示す線
図である。図に示すようにＦｅ濃度が増加するにつれて
耐食性が顕著に向上し、特に３００−以上で２０ｍｇ／
ｄｍ２以下の優れた値が得られる。
図である。図に示すようにＦｅ濃度が増加するにつれて
耐食性が顕著に向上し、特に３００−以上で２０ｍｇ／
ｄｍ２以下の優れた値が得られる。
Ｆｅと同様に、Ｃｒ、ＮＩ及びＮｂの１種又は２種につ
いて拡散浸透させることによりＺｒを含む）（ｆ合金の
耐食性を顕著に高めることが確認された。
いて拡散浸透させることによりＺｒを含む）（ｆ合金の
耐食性を顕著に高めることが確認された。
本発明によれば、高温水中での耐食性を著しく改善した
Ｈ ｆ合金部材の原子炉制御棒を製造できるので、原子
炉内での使用期間を非常に長くすることができる効果が
ある。また、取シ替る制御棒の数が少く々る、即ち、使
用済みの制御棒の数が少なくなるのでそれによる放射線
廃棄物の量も著しく減少するという効果がある。
Ｈ ｆ合金部材の原子炉制御棒を製造できるので、原子
炉内での使用期間を非常に長くすることができる効果が
ある。また、取シ替る制御棒の数が少く々る、即ち、使
用済みの制御棒の数が少なくなるのでそれによる放射線
廃棄物の量も著しく減少するという効果がある。
第１図はＢＷＩＩ、用制御棒の構成を示す部分分解斜視
図、第２図は本発明材と比較材の金属組織を示す写真、
第３図はＬＩ ｆ合金の腐食増量とＦｅ含有量との関係
を示す線図でおる。 １・・・中性子吸収管、２・・・制御棒シース、３・・
・制御棒ブレード、４・・・制御棒ノ・ンドル、訃・・
ヴエロシテイｅリミタ。
図、第２図は本発明材と比較材の金属組織を示す写真、
第３図はＬＩ ｆ合金の腐食増量とＦｅ含有量との関係
を示す線図でおる。 １・・・中性子吸収管、２・・・制御棒シース、３・・
・制御棒ブレード、４・・・制御棒ノ・ンドル、訃・・
ヴエロシテイｅリミタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少量のＺｒを含むＨｆ合金からなる長尺部材の外表
面にＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＮｂの１種又は２種以上の微
量の拡散浸透層が形成されていることを特徴とする原子
炉制御棒。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記拡散浸透層は
前記Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＮｂの１種又は２種以上の原
子の微細な析出物が多数存在するミクロ組織を有するＨ
ｆ合金部材から成ることを特徴とする原子炉制御棒。 ３、特許請求の範囲第１項において、外表面近傍領域に
添加するＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂの量が一種又は二種以
上の合計が３００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍである原子炉
制御棒。 ４、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかにおいて
、前記Ｚｒ含有量は２〜５重量％である原子炉制御棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187954A JPS6166188A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 原子炉制御棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187954A JPS6166188A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 原子炉制御棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166188A true JPS6166188A (ja) | 1986-04-04 |
Family
ID=16215070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59187954A Pending JPS6166188A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 原子炉制御棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6166188A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01221698A (ja) * | 1988-03-01 | 1989-09-05 | Toshiba Corp | 制御棒 |
| US6028906A (en) * | 1997-08-22 | 2000-02-22 | Hitachi, Ltd. | Manufacturing method of control rod for boiling water reactor |
| JP2013002984A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 原子炉制御棒 |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP59187954A patent/JPS6166188A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01221698A (ja) * | 1988-03-01 | 1989-09-05 | Toshiba Corp | 制御棒 |
| US6028906A (en) * | 1997-08-22 | 2000-02-22 | Hitachi, Ltd. | Manufacturing method of control rod for boiling water reactor |
| JP2013002984A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 原子炉制御棒 |
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