JPS62168092A - 可燃性熱中性子吸収要素 - Google Patents

可燃性熱中性子吸収要素

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JPS62168092A
JPS62168092A JP62005186A JP518687A JPS62168092A JP S62168092 A JPS62168092 A JP S62168092A JP 62005186 A JP62005186 A JP 62005186A JP 518687 A JP518687 A JP 518687A JP S62168092 A JPS62168092 A JP S62168092A
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    • G21C7/02Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect
    • G21C7/04Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect of burnable poisons
    • 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
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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】 λ1悲11 この発明は、軽水炉で用いられる可燃性吸収材(毒物)
に関し、特に、独立した毒物棒(即ち、燃料棒内の燃料
と混合されていない毒物棒)として軽水炉で用いられる
可燃性吸収材に関するものである。
過去、商用軽水炉は、燃料サイクルの初期により多くの
225(Jを存在させることによって、燃料サイクルを
延ばすために、ホウ素化合物やガドリニア(Gd、0.
)のような可燃性毒物を用いてきた。幾つかの従来構造
では、二酸化ウラン(002)およびガドリニアから成
るペレットを収容する燃料要素を形成するために、ガド
リニアが二酸化ウランに直接混入されている。他の構造
においては、燃料ペレットが、ホウ化ジルコニウム(Z
rB2)のようなホウfヒ物で被覆されている。
燃料棒が核分裂性物質と可燃性吸収材の両方を含んでい
る上記構造の他に、可燃性吸収材は冷却材に溶解されて
もよく、そして/また、独立した固定または可動の(燃
f’lを含まない)可燃性吸収要素に含有されてもよい
例えば米国特許第3.510,398号と第4,342
,722号明細書くこれらは、その全体を参照すること
によって、ここに組み入れられている。)に示されてい
る可燃性吸収要素の従来構造は、ジルコニウム合金また
はステンレス鋼製の密封された管状の棒を具備し、この
棒は、可燃性吸収材としてホウケイ酸ガラスから成る管
状部材を収容している。ホウケイ酸ガラスの内側には、
同軸に小径のジルコニウム合金またはステンレス鋼製の
管が設けられ、ホウケイ酸ガラスを構造的に支持してい
る。棒内部の池の部分は、ヘリウムのようなガスが充填
されている。
上記可燃性吸収要素を改良したものが、ウェスチングハ
ウス・エレクトリック・コーポレーションによって市場
に出され、これは湿式環状可燃性吸収棒(Wet An
nular Burnable Absorber R
odがらrWAB八棒」へ称する。)として知られてい
る。阿^BA棒の構造は同軸に配置された1対のジルコ
ニウム合金製の管を備えており、燃料棒と実質的に同じ
外径と長さを有している。燃料棒と寸法が等しいので、
誓^Bへ棒は、燃料棒と同様に、整列された燃料集合体
格子セルに固定てき、或は、燃料集会体の案内シンプル
の中に配置される可動毒物要素として用いることができ
る。炭化ホウ素(84C)を含有している環状の可燃性
毒物ベレットは、同軸の管の間に存する狭い環状空間に
配置され、その環状空間はその両端に溶着された端栓に
よって密封されている。しかし、内側の管の中空部分は
塞がれておらず1.従って、軽水炉の運転中に、水から
成る冷却材が、妨害を受けずに内側の管を通って上方に
流れる。賀^B^棒の例は、米国特許第4,460,5
40号および第4,474,728号明細書に開示され
ている。
これらの特許は、その全体を参照することによって、こ
こに組み入れられている。
11へU 従来技術の可燃性吸収構造を相当に改良したものが、こ
の発明を用いることによって得られる。
この発明によって提供された可燃性熱中性子吸収要素は
、可燃性熱中性子吸収材と水素化ジルコニウムとを収容
する細長い封止された容器を具備している。可燃性熱中
性子吸収材および水素化ジルコニウムは、容器の長手方
向に沿って、所望の形で分布され、水素化ジルコニウム
は中性子減速材として機能し、軽水炉の中性子照射環境
内の可燃性熱中性子吸収材の中性子捕獲率を増大させる
この発明の好適な実施態様において、前記容器は管であ
り、その両端には、管内に密封された空所を形成するた
めに、端栓が取り付けられている。
また、この管は、水素fヒジルコニウムと可燃性熱中性
子吸収材とを収容する。好適には、水素化ジルコニウム
は、一方の端栓上に載置される円柱を形成するように、
耗゛fに積み重ねられたほぼ円柱形のペレットの影響を
とっている。
また、ここで用いられる可燃性熱中性子吸収材は、ホウ
毒含有物τ丁またはホウ1ヒ物であるのが好ましい。
更に、水素化ジルコニウムは、部分的に水素化された状
態にあるのが好ましく、好適には、ジルコニウム<Zr
)に対する水素(H)の比は、原子を基準として約10
〜約1.8の範囲である。
この発明の上記およびその他の特徴は、添付図面に関す
る以下の詳細な説明から、より明らかとなろう。
日 の舌革、 f 親日 この発明においては、水素化ジルコニウムが、燃料を含
まない可燃性熱中性子吸収要素の中の可燃性毒物(可燃
性熱中性子吸収材)と結合される。
従来の−へBへ棒構造と比較して、可燃性毒物がホウ素
含有物質である場合に、大きな効果が得られた。
この効果は、−へBへ棒構造において用いられた水と比
較して相当に高い濃度の減速材、即ち水素を含有してい
る固体の減速材、即ち水素化ジルコニウムを使用したこ
とに起因している。この高濃度の水素によって、軽水炉
中性子照射環境における中性子が、より効果的に減速さ
れ、これによって、可燃性毒物、即ちホウ素が中性子を
捕獲する確率を大きく改良する。
第1図は、この発明に従った可燃性熱中性子吸収要素(
以下、「吸収要素」と称する。)1の一実施例を示す垂
直断面図である。この吸収要素1は、何長い容器3を備
え、この容器3は好適には円形の横断面の管5であり、
容器3内に密封された空所11を形成するために、その
両端に上部端栓7と下部端栓9が溶着されている。管5
および端栓7.9の材料は、軽水炉環境において水によ
る腐食に対して優れた耐久性を有するステンレス鋼およ
びジルコニウム合金から選択されるのが好ましい。
これらの材料として、商品化されている合金、即ちジル
カロイ−2またはジルカロイ−4の一方が用いられるの
が最も好ましい。
水素化ジルコニウムと可燃性毒物、好適にはホウ素とが
容器3内に収容されている。水素化ジルコニウムは、実
質的に円柱を形成するために縦に猜み重ねられたほぼ円
柱形のベレット13の形態をとり、ベレット13がら成
る円柱における最上部のベレット13と、上部端栓7と
の間に配置されたばね15または同様な手段によって、
下部端栓9に対してこの円柱が保持される。
水素化ジルコニウムから成る各ベレット13は、好適に
は、ジルコニウムに対する水素の比が、原子を基準にし
て約10〜約1.8の範囲内にあり、約1.5〜約1.
8の範囲が最も好ましい。吸収要素1における減速材、
即ち水素の濃度を最大にするために、ジルコニウムに対
する水素の比を最大にすることが望ましいが、ジルコニ
ウムに対する水素の比は、原子炉の使用中に水素化ジル
コニウムのベレット13から放出されるガス状の水素の
量を制限するために、約1.8よりも小さく抑えられる
べきである。けだし、水素は、容器3の材料と化合し、
その機械的特性に悪影響を与えるかもしれないからであ
る。これに関し、管5の内面上に水素拡散隔膜を有する
ことが好適である。管5がジルカロイから作られている
場合、その内面は水素の吸収を制限するために予め酸化
されるとよい、或はまた、管5の内面を予め酸化する他
に、空所11内の雲囲気は、1983年11月16日に
出願された米国特許願第552,227号(特開昭80
−125588号)(その内容は、その全体を参照する
ことによって、ここに組み入れられている。)に開示さ
れているように、ヘリウムのような不活性ガスから完全
に構成されるよりもむしろ、原子炉の使用中に管5の内
部を酸化させるための酸化材を含むようにするとよい、
前記出頭明細書に開示されているように、この酸化材は
、酸素、−酸化炭素および二酸化炭素から選択され、容
器3の内面を被覆する酸化物を形成するために有効なJ
t(例えば、ヘリウムの体積に対して体績比で2〜3パ
ーセント)を含むようにするとよい。
ベレット13は、水素fヒジルコニウムの粉末を加圧し
て焼結することによって形成される。水素化ジルコニウ
ムの粉末は、第1段階の材料としてジルコニラ11また
はジルコニウムき金(例えば、ジルカロイ−2、ジルカ
ロイ−4)から成る原料を用い、従来の水素化技術によ
り形成される。即ち、前記原料が、所要の高水素濃度に
水素化され、次いで、水素化ジルコニウムのオ分末にさ
れる。
加工前の粉末は、ベレット焼結中に失われる水素を補償
するために、最終製品であるペレフトに必要とされる水
素よりも多量の水素が含まれている。
可燃性毒物は、多くの色々な方法で、吸収要素1に混入
される。例えば、水素化物の粉末を作るための原料であ
るジルコニウムやジルコニウム合金が、所要の濃度にホ
ウ素と予め混合されてもよい、或は、炭化ホウ素(84
C)のような微粒子のホウ化物が水素化ジルコニウムの
粉末と混合され、その後に、水素化ジルコニウムの母体
全体にほぼ均等に分散された微粒子のホウ化物を有する
ペレフトを形成すべく、加圧されて焼結されてもよい。
尚、炭化ホウ素(B、C)の微粒子はニオブのような拡
散隔膜材料で被覆されるとよい。
上述した!!!i様において、水素(ヒジルコニウムと
可燃性毒物は、成る位こと長さで容器3の長手方向に沿
って分布され、この泣面と長さは、原子炉燃料集合体に
おける周囲の燃料要素の濃縮燃料ベレットの位置と長さ
く±20%)にほぼ等しい9ホウ素;農度は選択事項で
あるが、”Bがlc+nの高さに0.006+r含まれ
るものが現在考えられている。更に、管5は約9.68
mm(0,381インチ)の外径で、約0 、66 t
n tn(0,026インチ)の肉厚を有すると共に、
ペレット13は約8.08mm(0,318インチ)の
直径で、横断面で見た渇きに、容器3をほぼ隙間なく満
たす、という形が考えられている。
上記の説明は、この発明の実施を通して得られる利益を
明瞭に示している。この発明の他の実施例は、上記のこ
の発明の説明や実施例から考えて、当業者にとり明らか
であろう、上記説明は例示に過ぎず、この発明の真の範
囲および精神は、特許請求の範囲によって示されている
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明に従った可燃性熱中性子吸収要素の一実
施例を示す垂直断面図である。図中、1・可燃性熱中性
子吸収要素 3:容器       5:管 7、上部端栓     9:下部端栓 11:空所       13:ベレット15・ばね

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 軽水炉の中性子照射環境において用いられる可燃性熱中
    性子吸収要素であり、 ジルコニウム合金製の細長い容器と、 前記容器内に封止された可燃性熱中性子吸収材と、 前記容器内に封止された水素化ジルコニウムと、から成
    り、 前記可燃性熱中性子吸収材および前記水素化ジルコニウ
    ムは前記容器の長手方向に沿って分布され、 前記水素化ジルコニウムは中性子減速材として機能して
    、前記中性子照射環境内の前記可燃性熱中性子吸収材の
    中性子捕獲率を増大させる、可燃性熱中性子吸収要素。
JP62005186A 1986-01-15 1987-01-14 可燃性熱中性子吸収要素 Expired - Lifetime JP2544363B2 (ja)

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US819086 1986-01-15

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