JPS62239087A - 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、特に沸騰水型原子炉に適用す
るするのに好適な制御棒に関する。

［従来の技術］ 従来の長寿命型制御棒では、例えば特開昭５３−７４６
９７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
れを適用した制御棒の構成は第２図に示すように、上端
及び翼端にはハフニウム（Ｈｆ）あるいはユーロピウム
（Ｅｕ）等の長寿命型中性子吸収材を配置し、それ以外
のの部分にはステンレス鋼製の細長い被覆管中にボロン
カーバイド（８４Ｇ）粉末を充てんしたポイズン管を配
している。

［発明が解決しようとする問題点コ 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、長寿命型中性子吸収材のみ
で構成された制御棒に比べて寿命が短いという問題があ
った。

この問題を解決するため、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置換えるこ
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Ｂ４Ｃ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を生じる可能性
があることが判明した。

本発明の目的は、寿命が長くて操作性が良く、しかも原
子炉停止時における効果的な中性子吸収能力を得ること
ができる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、ブレードを軸方向に吸収核連鎖型中性子吸
収材の充填量の異なる複数の領域に分け、上端に近い前
記領域程、吸収核連鎖型中性子吸収材の量を多くするこ
とにより達成できる。

ここで、吸収核連鎖型中性子吸収材とは、中性子吸収反
応の結果生成す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。吸収核連鎖型中性
子吸収材としては例えばＨｆ、Ｅｕ２Ｏ，、Ｔａ、Ｄｙ
、０３、及びＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ等がある。

［作用］ ブレードの軸方向で、下部領域の吸収核連鎖型中性子吸
収材の量を減少させているので、原子炉停止中における
中性子インボータンス分布に対応させて効果的な中性子
吸収能力を原子炉停止中に得ことができ、しかも制御棒
の重量を軽減できることによる制御棒の良好な操作性を
得ることができる。また、吸収核連鎖型中性子吸収材を
用いているので、制御棒の機械的及び核的寿命が長くな
る。

［実施例］ 本発明は、以下に示す発明者等の検討に基っゝいてなさ
れたものである。すなわち、Ｂ４Ｃを充填した従来のす
べての中性子吸収棒をこれと同じ直径を有する吸収核連
鎖型吸収材からなる中性子吸収棒に置換えると、従来の
制御棒の重量が著しく増加し、制御棒の操作に支障が生
じる可能性があることがわかった。また、原子炉停止中
におけるブレードに沿った中性子インポータンス分布は
、ブレードの上部で大きくなっている。このため、発明
者等は、吸収核連鎖型吸収材を用いて長寿命化を図るに
あたり所定の反応度制御能力が得られて制御棒の操作性
を改善し、しかも同時に原子炉停止中における効果的な
中性子吸収能力を得るために、ブレードの下部領域にお
ける吸収核連鎖型吸収材の量を減らせばよいことに気が
付き、本発明をなすに至った。

本発明の実施例を第１図、第２図、第４図、及び、第５
図により説明する。

制御棒１は、第２図に示す外観形状を有している。すな
わち、制御棒１は、横断面が十字形をしており、軸心か
ら四方に伸びる４つのブレード２を有している。ブレー
ド２の下方に速度リミッタが設けられる。ハンドル１゛
８はブレード１２の上端に取付られる。制御棒１のブレ
ード２の形状を第２図、第４図及び第５図に示す。各ブ
レード２は、制御棒１の軸心に配置されたＳＵＳ製のタ
イロッド１１に面端部が取付けられたＵ字形のシース（
ＳＵＳ製）１２及びシース１２内に設けられた中性子吸
収棒１０及び１３から構成される。図示されていないが
上部保持部がタイロッド１１の上端部に、下部保持部が
タイロッド１１の下端部にそれぞれ溶接にて取付られる
。Ｕ字状のシース１２の上端部は、上部保持部を取囲み
、上部保持部に点溶接にて取付けられる。シース１２の
下端部は、下部保持部を取囲み、下部保持部に点溶接に
て取付けられる。中性子吸収棒１０及び１３は、第４図
及び第５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１１に取付けられたＳＵＳ製の上部及び
下部保持部の間に配置されて保持される。本実施例では
吸収核連鎖型中性子吸収材であるハフニウム金属の丸棒
を用いる。

中性子吸収打棒１０および１３はその径が異なり、中性
子吸収棒１０は、４．８ｍｍφ、中性子吸収棒１３は、
３．４ｍｍφである。中性子吸収棒ｌＯはブレード２の
上部に中性子吸収棒１３はブレード２の下部に配置され
ている。中性子吸収棒１３は、中性子吸収棒１０の下端
に軸心が一致するように接合されている。１つのブレー
ド２内内に中性子吸収棒１０、および中性子吸収棒１３
が２１本装填されている。

中性子吸収材充填領域の軸方向長さの１／２ずつを占め
ている。従って、本実施例のブレード２は、上部の１７
２と下部の１７２を比較すると、吸収核連鎖型中性子吸
収材の量は下部で少なくなっている。

１本の制御棒には４枚のブレード２がある。ブレードの
上部領域には中性子インポータンス分布が大きいために
太径の中性子吸収棒１０を配置し、ブレードの下部領域
には、中性子インポータンス分布が小さいので細径の中
性子吸収棒１３を配置した。本実施例では上部領域と下
部領域の境界を、制御棒の中性子吸収材充填領域の下端
から中性子吸収材充填領域の軸方向全長の１７２の位置
に配置している。しかし、上部領域及び下部領域の二頭
域にブレード２内の吸収核連鎖型吸収材の充填量を変え
た場合、それらの領域の境界は、中性子吸収材充填領域
の下端からこの充填領域の軸方向全長の３７８〜５／８
の範囲に位置させればよい。

第３図は、原子炉停止中における中性子インポータンス
分布（相対値）を軸方向位置に沿って表している。第３
図中、実線がその分布で、破線が上下２領域におけるそ
の値の平均値を表して％’）る。

この図から、上下２領域の境界を全長の３／８〜５７８
の範囲にすればよいことが明らかである。

本実施例は、前述のようにブレード１２の下部領域に直
径の小さい中性子吸収棒１３を配置しているので、制御
棒１の重量はＢ４Ｃを充填した中性子吸収棒からなる制
御棒とほぼ同じ重量になる。

従って、本実施例の制御棒は、従来の制御棒を操作する
制御棒駆動装置によって容易に操作することができる。

すなわち、良好な制御棒１の操作性が得られる。また、
制御棒１のブレード１２の幅は、従来の制御棒の幅と同
じである。このため、原子炉圧力容器内の炉心下方に設
けられている制御棒案内管及び炉心支持板に設置される
燃料支持金具を大きくする等の変更を行う必要がない。

中性子吸収棒１０及び１３は、中性子吸収材としてＨｆ
を用いている。吸収核連鎖型中性子吸収材であるＨｆは
、中性子を吸収してもガスを発生しない。従って、制御
棒１の中性子吸収棒１０及び１３は、機械的寿命が増大
する。また中性子吸収棒１０及び１３は、吸収核連鎖型
中性子吸収材であるＨｆを用いているので中性子を吸収
して新たな中性子吸収材が生成され、核的寿命も増加す
る。ここで、中性子吸収棒１０の直径は、沸騰水型原子
炉に用いられる従来の制御棒に設けられてＢ４Ｃを充填
した中性子吸収棒の直径にほぼ等しい。中性子吸収棒１
０及び１３の軸方向長さは、従来の制御棒の中性子吸収
棒と同様に燃料集合体の燃料有効長に実質的に等しい。

燃料集合体の燃料有効長とは、燃料ペレットが充填され
ている領域の軸方向の長さである。

このような構成により制御棒の重量は従来の制御棒と同
程度に押えられ、また制御棒の反応度制御能力も従来制
御棒と同程度となり、その寿命は上部領域で従来の４倍
と高く、下部領域でも３倍となっている。

本実施例は、ブレード２の外面に直角な方向における吸
収核連鎖型中性子吸収材領域の厚みがブレード２の軸方
向で異っている。すなわち、ブレード２の側面に直角な
方向における吸収液連鎖型中性子吸収材の厚みは、直径
の大きな中性子吸収棒１０が存在するブレード２の上部
領域で厚く、直径の小さな中性子吸収棒１３が存在する
ブレード２の下部領域で薄くなっている。

シース１２は、内側に突出する突起部１８を両側面に有
している。これらの突起部１８は、シース１２の構造材
の一部を突出させたものである。

突起部１８は、第２図に示すように、ブレード２の側面
に直角な方向における吸収液連鎖型中性子吸収材の厚み
が薄い領域、すなわち直径の小さな中性子吸収棒１３が
配置されている制御棒の下部領域に設けられる。中性子
吸収棒１３は、シース１２の両側に設けられた対向して
いる２つの突起部１８によって挟持されている。このよ
うな対の突起部１８が、ブレード２の長手方向に数箇所
設けられる。

シース１２の側面の内側に突出した突起部１８によって
細い中性子吸収棒１３が保持されるので、中性子吸収棒
１３がシース１２内でシース１２の側面、すなわちブレ
ード２の側面に直角な方向に移動することを抑制できる
。このため、制御棒１が原子炉内に挿入されている間に
、中性子吸収棒１３が、地震、冷却水の流動振動等にて
シース１２内でブレード２の厚み方向に移動し、反応度
制御に支障を与る可能性がなくなる。さらにこのような
反応度の変動を抑制できる突起部１８を設けることは、
シース１２の曲げ剛性を高めることにつながり、シース
１２の厚みを薄くできる。これによっても制御棒１の重
量が軽減できる。

ブレード２の半径方向においても、中性子吸収棒１３相
互間に第５図に示すような間隔が形成される。従って、
シース１シ内の下端に、上記相互間の間隔の幅を有する
スペーサ（図示せず）を配置し、このスペーサを中性子
吸収棒１３の相互間に挿入することによって、ブレード
２の半径方向における中性子吸収棒１３のずれを防止で
きる。

本発明の他の実施例を第６図に示す。この図は、制御棒
全長の３／８〜５／８の上部を第４図に示す様な、Ｈｆ
棒とし残りの下部領域を、水平断面図が第７図に示す様
なＨｆ棒を配した一実施例の斜視図を示している。この
ような制御棒の寿命は、従来型制御棒のそれの５倍とな
る。中実ハフニュウム棒１０で、全長の１／２の棒の下
端は、例えばステンレス材を台にし、それを両側からス
ポット溶接あるいは、ボルト止めにより保持し、その上
に１７２棒をのせることにより保持される。このような
構造にすることにより、上部１／２領域を板材としたも
のに比較して、剛性に優れた中性子吸収材とすることが
できる。

第８図には、制御棒長手方向に３領域で径を変えた一実
施例を示す。それらの径は上部で４．８ｍｍφ、中間で
３．９ｍｍφ、下部で２．８ｍｍφとなっている。この
ような構造にすることにより、その寿命は従来型の４倍
（上部）、３倍（中間）、２倍（下部）となる。

第６図、第８図の実施例とも長軸方向に中性子吸収体の
分量を変えることも可能である。その分量は、主にその
中性子照射量から決められる。第９図に、制御棒の長軸
方向に沿った中性子照射量分布を示す。図中、上端は制
御棒の上端、下端は制御棒の下端に対応する。図中の数
字は、中性子照射量の最大値で基準化した、それぞれの
位置での相対値を表わしている。第９図によれば、制御
棒の上から３／４の領域で中性子照射量が多いことがわ
かる。これを基に、長軸方向に沿って中性子吸収材の分
量を変えた他の実施例の一例を第１０図に示す。この図
で、中性子吸収棒の径は４．８■φである。この例では
、中性子吸収材の量を第９図に示す中性子照射量の分布
に従って上部３／４領域と下部１／４領域で変えている
。

第１１図には、長軸方向に中性子吸収材の分量を変えた
他の実施例を示す。この実施例も中性子照射量の分布に
従って、中性子吸収材の量を長軸方向でのそれらの長さ
を変化させることにより、変えている。この実施例の中
性子吸収棒の径は、上部で４．８ｍｍφ、中間で３．９
ｍｍφ、下部で２．８ｍｍφとなっている。

以上の実施例は、その直径が各領域で一様になっている
。しかし、これらの直径を長軸方向に沿って、連続的に
変化させることも可能である。直径を長軸方向に沿って
連続的に変化させた実施例を第１２図に示す。これらの
直径を長軸方向に沿って連続的に変化させることは、前
述の上下２領域の制御棒についても可能であり、その一
実施例を第１３図に示す。これらの実施例のように、断
面形状を連続的に変化させることにより応力集中を避は
構造の健全性を保つことができる。

以上の実施例は、吸収核連鎖型中性子吸収材（たとえば
ハフニウム）として丸棒を用いているが、その断面形状
を変えることも可能である。第１４図には、その−例と
して角材を用いた実施例を示す。この例は、製造の容易
さから上部及び下部領域の中性子吸収材が一体構造にな
っている。

本実施例は、ブレードの側面に直角な方向における中性
子吸収材の厚みが上部領域で厚く下部領域で薄くなって
いる。本実施例は、第１図の実施例と同じ効果を得るこ
とができる。本実施例の他の、実施例として以下のよう
な構造が考えられる。すなわち、第１４図の実施例を吸
収核連ｍ“ｉ型中性子吸収材（たとえばハフニウム）の
板で構成したものである。ハフニウムの板が、ブレード
内に設置されている。ハフニウムの板厚は、上部領域で
厚く下部領域で薄くなっている。本実施例は、第１図の
実施例と同様に上下２領域に分かれており、第１図の実
施例と同様な効果を得ることができる。

本実施例は、ハフニウム板を用いているので、ハフニウ
ム板の両面を削るだけでよく下部領域の肉厚を薄くする
加工が著しく容易になる。また、ハフニウム板をブレー
ド内に設置するだけであるので、複数の棒をブレード内
に設置する前述の各実施例に比べて制御棒の製造が著し
く容易になる。

本実施例では、上下２領域となっているが、前述のよう
に３領域にすることも可能である。

また、ハフニウム板は一枚である必要はなく、分割した
厚さの異なる何枚かの板を軸方向に配列して構成しても
よい。

吸収核連鎖型中性子吸収材（たとえばハフニウム）であ
る上記角材をそれぞれ９０度回転して配置した実施例を
、第１５図に示す。本実施例は、第６図の実施例に似て
いる。ブレードの（１１１１面に直角な方向における角
材（ハフニウム）の厚みは、軸方向で一様である。ブレ
ードの下部領域においては、角材相互間に間隙が形成さ
れている。本実施例も、第１４図の実施例と同じ効果を
得ることができる。

本実施例も、ハフニウム板で構成することができる。軸
方向に厚みの一様なハフニウム板をブレード内に設置す
る。ハフニウム板の下部領域には、下端から全長の１／
２の位置まで達する溝が形成されている。この溝が、第
１４図の実施例の角材相互間に形成されている間隙に該
当する。本実施例も、第１５図の実施例と同じ効果を得
ることができる。本実施例は、ハフニウム板を用いてい
るので、ハフニウム板の下部に溝を削るだけでよく中性
子吸収材の加工が著しく容易になる。また、ハフニウム
板をブレード内に設置するだけであるので、複数の棒を
ブレード内に設置する前述の各実施例に比べて制御棒の
製造が著しく容易になる。

本実施例では、上下２領域となっているが、前述のよう
に３領域にすることも可能であり、また、それらの境界
位置を変えることにより、各々の領域で、中性子吸収材
の分量を変えることも可能である。これらの組合は、製
造上の複雑さとの兼ね合いを考慮して適用されることに
なる。

［発明の効果］ 本発明によれば、制御棒の寿命が長くなり、しかも操作
性がよく原子炉停止時における効果的な中性子吸収能力
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御棒の外観を示す斜視図
、第２図は第１図の制御棒の外観図、第３図は原子炉停
止時における軸方向の中性子インポータンス分布（相対
値）を示す特性図、第４図は第１図のＩ　Ｖ　−Ｉ　Ｖ
断面図、第５図は第１回のｖ−ｖ断面図、第６図、第８
図、第１０図〜第１５図は本発明の他の実施例の制御棒
の外観を示す斜視図、第７図は第６図のＶＩＩ−ＶＩＩ
断面図、第９図は中性子照射量分布の特性図である。 １・・・十字形の制御棒ブレード、２・・・中性子吸収
管、３・・・ステンレス、スチール被覆管、４・・・ボ
ロンカーバイドの粉末、１０・・・ハフニウム棒、１１
・・・シース、１２・・・十字形の制御棒ブレード、１
３．１４・・・３段ハフニウム棒、１５・・・２段ハフ
ニウム棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉炉心に挿入する制御棒で、中性子吸収材を含
   む中性子吸収部と当該中性子吸収部を保持する構造物と
   より一体化して構成される制御棒において、制御棒全長
   挿入時に炉心の有効長に対応する部分となる中性子吸収
   材部がすくなくとも上下に２領域に分かれており、最上
   部領域には中性子吸収材を最下部領域よりも多く配した
   ことを特徴とする制御棒。 ２、前記第１項の制御棒において、上下２領域の場合に
   は上部領域の長さが中性子吸収部の全長の３／８〜５／
   ８であることを特徴とする制御棒。 ３、前記第１項の制御棒において、長軸方向に３領域に
   分かれている場合には、最上部領域でその長さが全長の
   １／２以下で、最下部領域でその長さが全長の１／２以
   下であることを特徴とする制御棒。 ４、前記第１項、第２項、第３項の制御棒において、中
   性子吸収材の形状として棒を用い、長軸方向にその本数
   を変えることを特徴とする制御棒。 ５、前記第１項から第４項の制御棒において、中性子吸
   収材の径を長軸方向に変化させることを特徴とする制御
   棒。 ６、前記第１項より第５項記載の制御棒において、中性
   子吸収材としてＨｆを用いることを特徴とする制御棒。 ７、前記第１項より第５項記載の制御棒において、中性
   子吸収材として吸収核連鎖型中性子吸収材のみを用いる
   ことを特徴とする制御棒。 ８、前記第１項より第５項記載の制御棒において、中性
   子吸収材としてＨｆのみを用いることを特徴とする制御
   棒。