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Info
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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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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/02—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect
- G21C7/04—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect of burnable poisons
-
- 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
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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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。
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。
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。
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
。
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。
,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。
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。
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。
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
。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
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)
- 【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。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/819,086 US4751041A (en) | 1986-01-15 | 1986-01-15 | Burnable neutron absorber element |
US819086 | 1986-01-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62168092A true JPS62168092A (ja) | 1987-07-24 |
JP2544363B2 JP2544363B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=25227167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62005186A Expired - Lifetime JP2544363B2 (ja) | 1986-01-15 | 1987-01-14 | 可燃性熱中性子吸収要素 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4751041A (ja) |
EP (1) | EP0230376B1 (ja) |
JP (1) | JP2544363B2 (ja) |
ES (1) | ES2019095B3 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018151361A (ja) * | 2017-03-15 | 2018-09-27 | 株式会社東芝 | 熱中性子炉炉心および熱中性子炉炉心の設計方法 |
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1986
- 1986-01-15 US US06/819,086 patent/US4751041A/en not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-01-14 EP EP87300308A patent/EP0230376B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-01-14 JP JP62005186A patent/JP2544363B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-01-14 ES ES87300308T patent/ES2019095B3/es not_active Expired - Lifetime
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---|---|
EP0230376A2 (en) | 1987-07-29 |
US4751041A (en) | 1988-06-14 |
JP2544363B2 (ja) | 1996-10-16 |
EP0230376B1 (en) | 1990-12-27 |
EP0230376A3 (en) | 1987-10-28 |
ES2019095B3 (es) | 1991-06-01 |
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Legal Events
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