JPS62191794A - 制御棒 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、制御棒に係り、特に寿命の長い制御棒に関す
る。

［従来の技術］ 従来の長寿命型の制御棒は、例えば特開昭５３−７４６
９７号公報に示されるように、制御棒の中でも中性子照
射量の多い上端部あるいはブレードの翼端部に核的・機
械的寿命の長い長寿命型中性子吸収棒を配置したものが
知られている。この制御棒の構成を第１１図に示す。従
来の制御棒は、ブレードの上端部及び翼端部にハフニウ
ム（Ｈｆ）あるいはユーロピウム（Ｅｕ）等の長寿命型
中性子吸収材６１を配置し、それ以外の部分にはステン
レス鋼製の細長い被覆管中にボロンカーバイト（８４Ｃ
）粉末を充填したポイズン管６２を配している。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術では、長寿命型中性子吸収材が制御棒の一
部にしか用いられておらず、中性子吸収材として長寿命
型中性子吸収材のみを用いた制御棒に比べて寿命が短い
という問題がある。

この問題を解決するために、制御棒の中性子吸収材をす
べてハフニウム等の長寿命型中性子吸収材にて置替える
ことが考えられる。しかしながら、長寿命型中性子吸収
材は、従来一般に用いられている８４Ｇよりも重く、中
性子吸収材として長寿命型中性子吸収材のみを用いた制
御棒を構成した場合には制御棒の重量が著しく増加し、
制御棒駆動装置による制御棒操作に支障が生じる可能性
がある。

本発明の目的は、寿命が長くてしかも操作性の良い制御
棒を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、吸収核連鎖型中性子吸収材を燃料集合体の
燃料有効長の１７／２４〜２２／２４の長さにわたって
配置することによって達成できる。

二こで、吸収核連鎖型中性子吸収材とは、中性子吸収反
応により生成される核種あるいはその壊変核種の中にさ
らに中性子を吸収する核種があられれて、中性子吸収効
果の減衰が遅い中性子吸収材を意味する。具体的な物質
としてはＨｆ、Ｅｕ２Ｏ，、Ｔａ、ＤＹ２０３−及びＡ
　ｇ　−Ｉ　ｎ−Ｃｄ等がある。

［作用］ 吸収核連鎖型中性子吸収材を燃料有効長の１７／２４〜
２２／２４の長さにわたって配置することによる制御棒
重量の軽減と吸収核連鎖型中性子吸収材の使用とにより
、前述の目的を達成できる。

［実施例］ 本発明は、以下に示す発明者等による新たな知見に基づ
いてなされたものである。その内容を以下に述べる。

中性子吸収材として吸収核連鎖型中性子吸収材のみを中
性子吸収材として用いた長寿命型制御棒における吸収核
連鎖型中性子吸収材領域の軸方向長さと炉停止余裕との
関係を検討した結果、第４図に示す関係を得た。これは
、長寿命型制御棒を多数の燃料集合体を装荷した原子炉
の炉心内に挿入した場合の特性である。横軸は、燃料集
合体の燃料有効長に対する割合である。中性子吸収材と
して長寿命型中性子吸収材のみを用いた場合は、吸収核
連鎖型中性子吸収材領域の軸方向の長さＬａを燃料集合
体の燃料有効長（燃料ペレットが充填されている領域の
軸方向の長さ）の１７／２４より短かくすると炉停止余
裕が減少する。従って、長寿命型制御棒の吸収核連鎖型
中性子吸収領域の軸方向長さＬａは、燃料集合体の燃料
有効長の１７／２４以上にする必要がある。第４図の特
性は、長寿命型中性子吸収材としてＨｆを用いた場合の
特性である。、Ｅｕ２Ｏ３，Ｔａ、ＤＹ２０：＋　−Ａ
ｇ　Ｉ　ｎ　　Ｃｄ等の吸収核連鎖型中性子吸収材を用
いた場合にも同様な特性が得られる。

また、長寿命型中性子吸収材を燃料集合体の燃料有効長
全体にわたって配置した長寿命型の制御棒を多数の燃料
集合体が装荷された原子炉の炉心内に挿入した場合にお
ける制御棒挿入量と炉心反応度との関係を第５図に示す
。横軸の制御棒挿入量は、燃料集合体の燃料有効長に対
する割合を示している。この長寿命型制御棒を燃料集合
体の燃料有効長の２２／２４よりも多く炉心内に挿入し
ても炉心反応度の変化は著しく小さくなり、燃料有効長
の２２／２４よりも長い部分に存在する吸収核連鎖型中
性子吸収材の中性子吸収能力を有効に活用しているとは
言えない、従って、その中性子吸収能力を有効に利用す
るためには、長寿命型制御棒において吸収核連鎖型中性
子吸収材を配置している領域の軸方向の長さは、燃料集
合体の燃料有効長の２２／２４よりも長くする必要はな
く、その燃料有効長の２２／２４以下でよい。これによ
って、長寿命型制御棒の重量を、燃料有効長全体にわた
って吸収核連鎖型中性子吸収材を配置した場合に比べて
軽減できる。第５図も、吸収核連鎖型中性子吸収材とし
てＨｆを用いたものであるが、Ｅｕ２Ｏ，、Ｔａ、Ｄｙ
２Ｏ３、Ａ　ｇ　　Ｉ　ｎ−Ｃｄ等の他の吸収核連鎖型
中性子吸収材を用いても同じ特性が得られる。

以上述べた検討結果により、長寿命型制御棒の吸収核連
鎖型中性子吸収材領域の軸方向長さＬａは、燃料集合体
の燃料有効長の１７／２４〜２２／２４にすることが望
しいことがわかった。

沸騰水型原子炉の炉心に挿入される本発明の好適な一実
施例である制御棒を第１図〜第３図に基づいて説明する
。

制御棒１０は、横断面が十字形をしており、中心部のタ
イロッド１４を中心に四方に延びた４つのブレード１１
を有している。第１図は、１つのブレード１１の縦断面
を示している。ブレード１１は、タイロッド１４に両端
部が取付けられるＵ字状のシース（ＳＵＳ製）１２及び
シース１２内に設けられた多数の中性子吸収棒１３から
構成される。中性子吸収棒１３は、第２図に示すように
シース１２内に配置され、しかもタイロッド１４に取付
けられたＳＵＳ製の保持部１５Ａ及び１５Ｂの間に配置
されて保持されている。制御棒１０の上端部に位置する
保持部１５Ａの上面に、ハンドル２１が取付けられる。

中性子吸収棒１３は、Ｈｆの丸棒にて構成される。タイ
ロッド１４の下端は、ベロシティリミッタ１６に取付け
られる。

シース１２の上端は保持部１５Ａに、シース１２の下端
はベロシティリミッタ１６に点溶接にて取付けられる。

また、シース１２は、保持部１５Ｂを被っておりこの保
持部１５Ｂにも点溶接にて取付けられる。保持部１５Ｂ
とベロシティリミッタ１６との間には、中性子吸収材が
配置されていなく、第３図に示すようにシースエ２によ
り囲まれた中空部１７が形成される。

制御棒１０は、その軸方向に吸収核連鎖型中性子吸収材
であるＨｆの丸棒を配置した吸収核連鎖型中性子吸収材
領域１８と、その下方に位置する中性子吸収材が配置さ
れていない領域１９とを有している。吸収核連鎖型中性
子吸収材領域１８の軸方向長さＬａは、燃料集合体の燃
料有効長の１８／２４である。領域１９は、中空部１７
を含む保持部１５Ｂの上面からベロシティリミッタ１６
の上面までの領域である。吸収核連鎖型中性子吸収材領
域１８の軸方向長さＬａと領域１９の軸方向長さＬｂと
を併せた軸方向長さが、従来の制御棒の中性子吸収材充
填領域の軸方向長さに等しく、燃料集合体の燃料有効長
に実質的に等しい、吸収核連鎖型中性子吸収材領域１８
は、中性子吸収材が配置されていない領域１９よりも制
御棒１０の先端側に位置している。

シース１２には多数の孔が設けられており、制御棒１０
を原子炉内に設置した時、それらの孔を通して吸収核連
鎖型中性子吸収材領域１８及び中空部１７内に原子炉内
の冷却水が流出入する。

このような本実施例によれば、Ｈｆの密度が１３．３　
ｇ／ａＡと８４Ｇの密度２．２ｇ／ｃｎ？よりも著しく
大きいが、Ｈｆ充填域の軸方向長さが燃料有効長の１８
／２４と短かくなっているので、制御棒１０の重量を燃
料有効長全体にハフニウムを配置した場合に比べて軽減
できる。従って、制御棒ＬＯに対する制御棒駆動装置に
よる良好な操作性が得られる。また、本実施例によれば
、炉停止余裕を満足させることもできる。Ｈｆを用いて
中性子を吸収しているので、ガスが発生しなく中性子吸
収棒１３の機械的寿命が増大し、しかも中性子吸収の核
的寿命も増大する。従来の制御棒のように軸方向の大部
分の領域に８４Ｃを配置した場合は＋　Ｂ４Ｃの中性子
吸収によってヘリウムガスが発生するので８４Ｇのスウ
ェリングの助長及びガス圧により中性子吸収棒の機械的
寿命の低下、及びＢ４Ｃが中性子吸収により中性子を吸
収しない物質に変わるので核的寿命の低下を招き易い。

上記実施例の制御棒１０を適用した沸騰水型原子炉の炉
心の一例を以下に説明する。

沸騰水型原子炉の炉心としては、特公昭５７−７３９７
号公報の第３図に示す炉心が考えられている。上記公報
の第３図の炉心構造は、上記公報４カラム、５行〜６カ
ラム、下から１１行に述べられた構成になっている。上
記公報の第３図の炉心構造は、原子炉運転中に炉心内に
挿入されて原子炉出力の調節を行う出力調節用制御棒と
、原子炉運転中に炉心から完全に引抜かれて原子炉停止
時に炉心に急速に完全挿入される原子炉停止用制御棒を
有している。出力調節用制御棒も、原子炉停止時に炉心
内に完全に挿入される。出力調節用制御棒及び原子炉停
止用制御棒は、上記公報の第３図に示すように交互に１
つずつ配置され、しかもチェッカボード状に配置されて
いる。

出力調節用制御棒は、原子炉運転中にほとんど炉心内に
挿入され、中性子が連続的に照射される。

従って、前述した第１図に示す実施例の制御棒１０を、
出力調節用制御棒として用いることが望シイ。出力調節
用として用いられた制御棒１０は、原子炉の運転中の出
力制御において吸収核連鎖型中性子吸収材領域１８の軸
方向長さＬａ、よりも深く炉心内に挿入されることはな
い。しかし原子炉停止時には、領域１８及び１９が炉心
内に挿入される。原子炉停止用制御棒は、原子炉運転中
に炉心から完全に引抜かれているので中性子を吸収する
割合が少ない。従って、原子炉停止用制御棒としては、
特開昭５７−２５０８０号公報の２カラム、３〜９行に
示す制御棒を用いる。この制御棒は、十字形のブレード
内にＢ１０を充填した多数の中性子吸収棒を配置したも
のであり、吸収核連鎖型中性子吸収材を有していない。

このＢＡＣを充填した中性子吸収棒の軸方向長さは、燃
料集合体の燃料有効長と実質的に同じである。両者の制
御棒を操作する制御棒駆動装置の構造は、同じものであ
る。沸騰水型原子炉の場合、制御棒駆動装置は、炉心を
内蔵する原子炉容器の下部に設置される。

制御棒１０の中性子吸収棒１３は、丸棒であるが角棒で
あってもよく、さらには板状にしてもよい。ただし、板
状にした場合には、地諜時における炉心内への制御棒の
挿入性が悪くなる。

本発明の他の実施例の制御棒を第６図及び第７図により
説明する。本実施例の制御棒２５は、制御棒１０の構造
とほとんど同じである。領域１８の軸方向長さＬＬは、
制御棒１０のＬＬと同じ長さである。異なっている点は
、吸収核連鎖型中性子吸収材領域１８内に、ＳＵＳから
なるスペーサ２６を配置した部分である。制御棒１０の
半径方向における熱中性子束分布は、ブレード１１の中
央部で最も小さいので、中性子の吸収率が最も少なくな
る。従って、制御棒２５は、制御棒１０のブレード１１
内にその翼端に向って配置されたブレード１１中央部の
中性子吸収棒１３　（ハフニウム捧）を取除き、代りに
スペーサ２６を配置したものである。スペーサ２６は、
ブレード１１．内で中性子吸収棒１３の相互に間隙が生
じないように中性子吸収棒１３を保持している。スペー
サ２６は、軸方向の中央部に中実部が設けられて軸方向
の両端部に中空管部が設けられており、軸方向長さが中
性子吸収棒１３の長さと同じである。本実施例は、ハフ
ニウムが少なくなっているので、制御棒の重量が制御棒
１０よりもさらに低減できる。

他の効果は制御棒１０と同じである。領域１９には、制
御棒１０と同様に中空部１７が形成されている。

制御棒２５のブレード１１中央部のスペーサ２６の幅を
狭くしてタイロッド１４に隣接させてその狭くした分の
スペーサ（ＳＵＳ製）２６Ａを配置してもよい。この実
施例が第８図に示す制御棒２７である。本実施例は、タ
イロッド１４に隣接してスペーサ２６Ａを設けているの
で、炉心からの制御棒２７の引抜き操作を行っても、制
御棒２７と対向する燃料集合体のコーナ部に位置する燃
料棒に与えるダメージは小さくなる。制御棒２７は、制
御棒２５と同じ効果も奏する６本発明の他の実施例であ
る制御棒３０を第９図に示す。制御棒３０は、制御棒１
０の領域１９の構造を変えたものであり、吸収核連鎖型
中性子吸収材領域１８の構造は制御棒１０と同一である
。

制御棒３０の吸収核連鎖型中性子吸収材領域１８の下方
に配置された領域１９Ａは、領域１９と同様にシース１
２にて取囲まれた中空部１７を有している。この領域１
９Ａの中空部１７内に、少数本の中性子吸収棒３１が等
間隔にて配置される。

中性子吸収棒３１は、中性子吸収材として吸収核連鎖型
中性子吸収材、８４Ｇ、ボロン入りのＳＵＳ及びボロン
入りのＡｎのうちの１つを用いている。吸収核連鎖型中
性子吸収材領域１８の軸方向長さＬａ及び領域１９Ａの
軸方向長さＬｂは、制御棒１０のそれらに等しい。領域
１９Ａは、原子炉の運転中に炉心から引抜かれているの
で、原子炉運転中に中性子を吸収することはない。従っ
てこの領域にＢ４Ｃを充填した短かい中性子吸収棒を配
置しても、制御棒の寿命に悪影響を与えることはない６
領域１９Ａは、原子炉停止時に炉心内に挿入される。本
実施例は、前述した各実施例に比べて重くなるので、制
御棒の操作性が若干悪くなる。

本発明の他の実施例である制御棒３５を第１０図に示す
。制御棒３５は、領域１９Ｂを除いて制御棒１ｏの構成
と同一である。領域１９Ｂは、吸収核連鎖型中性子吸収
材領域１８の下方に配置され、制御棒１０の領域１９の
形状を下方に向って狭くなる形状に変更したものである
。領域１９Ｂも、領域１９と同様にシース１２にて取囲
まれた中空部を有している。この中空部の横断面は下方
に向って減少している。制御棒３５は、制御棒１ｏと同
様な効果が得られ、さらに領域１９Ａの縦断面形状が減
少するので重量が軽減されて制御棒の操作性が向上する
。

シース１２の下端を支持部１５Ｂに点溶接にて取付け、
制御棒１ｏの領域１９のシース１２を取除いてもよい。

この場合、支持部１５Ｂより下方のタイロッド１４の部
分を強度上から翼端に向って太くする必要がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、炉停止余裕が確保できるとともに、寿
命が長くて操作生の良好な制御棒を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である制御棒の縦断面
図１．第２図は第１図のｎ−ｎ断面図、第３図は第１図
の■−ｍ断面図、第４図は吸収核連鎖型中性子吸収材領
域の軸方向長さと炉停止余裕との関係を示す特性図、第
５図は制御棒挿入量と炉心反応度との関係を示す特性図
、第６図、第８図〜第１０図は本発明の他の実施例であ
る制御棒の構造図、第７図は第６図の■−■断面断面図
工第１１図来の制御棒の構造図である。 １０．２５．３０．３５・・・制御棒、１１・・・ブレ
ード、１２・・・シース、１３・・・中性子吸収棒（Ｈ
ｆ棒）、１４・・・タイロッド、１７・・・中空部、１
８・・・吸収核連鎖型中性子吸収材領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸収核連鎖型中性子吸収材を有する制御棒であって
   、前記吸収核連鎖型中性子吸収材が配置される領域の軸
   方向の長さを、燃料集合体の燃料有効長の１７／２４〜
   ２２／２４の範囲にしたことを特徴とする制御棒。 ２、前記吸収核連鎖型中性子吸収材が、Ｈｆ、Ｔａ、Ｅ
   ｕ＿２Ｏ＿３、Ｄｙ＿２Ｏ＿３またはＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ
   である特許請求の範囲第１項記載の制御棒。 ３、炉心内に挿入されしかも実質的に燃料集合体の燃料
   有効長に対応する領域が第１領域と第２領域とに分割さ
   れ、前記第２領域よりも制御棒先端側に位置する前記第
   １領域に吸収核連鎖型中性子吸収材が配置され、前記第
   ２領域に中性子吸収材が配置され、前記第１領域の軸方
   向長さが前記燃料有効長の１７／２４〜２２／２４であ
   る制御棒。 ４、前記吸収核連鎖型中性子吸収材が、Ｈｆ、Ｔａ、Ｅ
   ｕ＿２Ｏ＿３、Ｄｇ＿２Ｏ＿３またはＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ
   である特許請求の範囲第３項記載の制御棒。