JPS6315194A - 原子炉用制御棒 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉等の軽水炉の原子炉用制御棒
に係り、特に制御棒寿命の長命化を可能にした原子炉用
制御棒に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉等の軽水炉に用いられる原子炉用制御棒
は第６図および第７図に示すように構成され、十字状横
断面を右するタイロッド１の先端および末端に先端構造
材２および末端構造材３を結合させるとともに、上記タ
イロッド１の各突出脚に細長いＵ字状断面のシース４を
取付けて横断面が十字状をなす４枚のウィング５が形成
される。各ウィング５のシース４内には、長尺の中性子
吸収棒６，６・・・が列状に複数本収容されている。

各中性子吸収棒６，６・・・は金属被覆管７内にボロン
カルバイト（Ｂ４Ｃ）等の中性子吸収材８を充填させた
ものである。

この原子炉用制御棒が原子炉炉心に挿入され、中性子の
照射を受けると、中性子吸収棒６内の中性子吸収材８は
中性子を吸収し、燃焼等による１０耗を受け、中性子吸
収能力が低下し、核的寿命に達する。

ところで、最近の原子力発電プラントは稼働率向上の観
点から運転サイクルが長期化する傾ｆｂＨにあり、また
、原子炉の運転方法等から特定の制御棒の中性子照射量
が増大し、各運転サイクル毎に取替えられる制御棒の本
数は増大する傾向にある。

この点から、原子炉用制御棒は長期間の使用に耐え、か
つ運転サイクル毎の取替本数の削減を図るため、長スｆ
命化の要請が強くなっている。

原子炉用制御棒は中性子吸収棒６に中性子吸収材８の充
填量を老人させることで長寿命化がｒ′ｉＩ能である。

このためには、中性子吸収棒６のステンレス鋼製金属被
覆管７の管径を増大させればよい。

しかし、従来の原子炉用制御棒では各中性子吸収棒の金
属被覆管７の管径を増大さけることは困難である。一般
に、各中性子吸収棒６は金属被覆管７内に充填される中
性子吸収材８の充填密度が軸方向に不均一となり、制御
棒寿命期間内での集密化を防止するために、ステンレス
鋼球（図示せず）を金属被ｒＢ管７の軸方向に間隔をＡ
Ｓいて挿入し、各鋼球の軸方向移動を防止するため固定
用がしめ９を金属被覆管７の軸方向位置を異にして複５
１＋説けている。

このかしめ作業は、中性子吸収棒６の金属被覆管７に中
性子吸収材８を充填させた後、ステンレス鋼球を挿入し
、その後局所的にかしめるという作業を繰り返して行な
うため、中性子吸収棒６に軸方向位置を異にして形成さ
れるかしめ位置はランダムな方向を向いていた。

このため、各中性子吸収棒６をシース４内に列状に収容
するとぎ、隣接する中性子吸収棒６同士は、第６図に示
すようにかしめ９，９を考慮したギャップδが必要とな
り、このギャップδの存在により中性子吸収棒６の金属
被！′ｉｉ管７の管径は制約を受け、管径の増大を図る
ことができなかった。

また、各中性ｒ吸収棒６を収容するシース４のブレード
厚ざｔは、原子炉炉心へ制御棒の挿入性等に重大な影響
を及ぼすため、広げることは好ましくなく、しかも中性
子吸収棒の金属被覆＠７の管（’３を１１“１人さびろ
ことが困難であるため、生竹ｒ吸収材の充填量を増加さ
せることはできなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の原了炉用制Ｕｔ＋棒においては、シース内に配列
される各中性子吸収棒の金属被覆管を増径させることが
困難であるため、中性子吸収材の充ｔ１７Ｂを増大させ
ることができず、原子炉用制御棒の長寿命化を図ること
が困難であった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、各中
性子吸収棒の金属被覆管の管径を大きくして中性子吸収
材の充填ωを増加させ、長寿命化を図ることができるよ
うにした原子炉用制御棒を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る原子炉用制御棒は、先端構造材と末端構造
材を連結するタイロッドの各突出部にシースを取付（）
、中性子吸収材を金属被覆管内に充填した中性子吸収棒
を前記シース内に複数本列状に収納し、上記金属被覆管
内に中性子吸収材の集密化防止用金属球を軸方向に間隔
をおいてがしめにより固定したものにおいて、前記金属
被７．？　管に軸方向位置を異にして形成される複数の
がしめは、そのかしめ方向が所定方向を向くように整列
させ、前記シース内に複数の中性子吸収棒を密接配置し
たものである。

（作用） 本発明に係る原子炉用制御棒はシース内に配列される各
中性子吸収棒の金［！Ｉ管に、中性子吸収材の集密化防
止用金属球を軸方向に間隔をおいてかしめにより固定す
る一方、上記金Ｊｌ！　ａ　覆管に形成される複数のか
しめを、そのかしめ方向が所定の方向を向くように整列
させ、前記シース内に複数の中性子吸収棒を書接して配
列し、各中性子吸収棒間のギャップを不要としたので、
その分だけ各中性子吸収棒の金属被覆管の増径化を図る
ことができ、中性子吸収材の充填８を増加させることが
できるものである。

（実施例） 以下、本発明に係る原子炉用＄り内棒の一実施例につい
て添付図面を参照して説明する。

第１図は沸騰水型原子炉等の軽水炉に適した原子炉用制
御棒１０を示すものである。この原子炉用制御棒１０の
全体の構成は第５図に示す従来の原子炉用制御棒と異な
らないので、同じ部材には同一符号を付し、説明を省略
する。

この原子炉用制御棒１０の十字状ｖ４断面を有するタイ
ロッド１の各突出部に深いＵ字状断面を有するシース４
が固定されてウィング５が形成される。上記シース４内
には複数本の中性子吸収棒１１が列状に収容され、各中
性子吸収棒１１，１１は第６図に示す先端構造材２と末
端構造材３とにより支持される。各中性子吸収棒１１．
１１の上下端はシースの幅方向に配設されるハフニウム
板や希土類金属板、セラミックス等の支持板で支持し、
この支持板を先喘構Ｊｊ：ｉ材２や末喘枯５！：ｉ　＋
４３で受けるようにしてもよい。

中性子吸収棒１１は第２図に示すように細長いステンレ
ス鋼製等の金属被覆管１３内にボロンカーバイド（Ｂ４
Ｃ）等の中性子吸収材１４を充填させたものである。中
性子吸収材１４は粒状あるいはベレット状ハフニウムや
ハフニウム合金等からなる長寿命型タイプのものでも、
あるいはボロンカーバイドにｆＸ’Ｒ命型ハフニウムや
ハフニウム合金、その他の中性子吸収材を適宜混在させ
たものでもよい。

中性子吸収材１４を充填した金属被覆管１３内には、中
性子吸収材の集密化を防止するステンレス鋼あるいはハ
フニウム、ハフニウム合金製の金属球１５が軸方向に適
宜間隔をおいて挿入される一方、この金属球１５の軸方
向移動を防止するために、金属被覆管１３は軸方向位置
を異にした複数箇所にかしめ１６が設けられる。かしめ
１６は金属被覆管１３を例えば直径方向に押圧変形さぜ
ることにより形成され、金属被？３１　Ｍ　１３に設け
られる各かしめ１６．１６はかしめん向が−・定方向を
向くように整列される。

具体的には、中性子吸収棒１１は、金属被覆管１３に形
成される各かしめ１６のかしめ方向がシース４の表面（
ウィングの翼幅方向）に対し、４５度の角度をなして交
差するように収納される。

そして、中性子吸収材１４を充填した金属被覆管１３は
両端部が上部端栓１８および下部端栓１９により閉塞さ
れる。

中性子吸収棒１１はシース４内に金属被覆管１３のかし
め方向が一定方向を向くように収納させることにより、
隣接する中性子吸収棒１１．１１間にギャップを形成す
る必要がなく、ギｔ！ツブが不要となるため、その分だ
け、金属被覆管１３の管径を増大させることができ、こ
の管径を大きくできることにより、中性子吸収材１４の
充填量を増加させることができ、原子炉用制御棒１０の
長寿命化を図ることができる。

例えば、第１図に示された原子炉用１ｉ１１　ｔＥ棒を
第７図に示された従来の制御棒と同じ条件で比較すると
、次の表で表わされるようになる。

したがって、中性子吸収材１４の充１Ｊｌｌ吊は従来の
原子炉用制御棒の１．２４倍となり、これに比例して原
子炉用制御棒１０の寿命を延ばすことができる。

第３図は８０００ＭＷ級の標準原子カプラントにおける
原子炉用制御棒の寿命倍率と平均取Ｈ本数との関係を示
すグラフである。

このグラフから分かるように、原子炉用制御棒の取替本
数は、その寿命倍率に対して指数関数となるから、制御
棒の寿命倍率が１．２倍程度の場合には、従来の制御棒
より各運転サイクル毎の取替制御棒が少なくとも３本削
減できる。

原子か用制御棒の取替は３本で１日豊する作業であり、
この取Ｖ？作業が原子カプラントの定期検査時のクリテ
ィカルパスとなっているから、取替制御棒が少なくとも
３本削減されることにより、１日分以」二の定期検査工
程のり、０縮が図れ、その分稼ｆＩｊ率の向上に寄与す
るとともに、放射性廃染物の低減、作業員の被曝低減を
図ることができる。

第４図は原子炉用制御棒に組み込まれる中性子吸収棒の
変形例を示すものである。

この中性子吸収棒１１Ａはステンレスａ４製金属被覆管
１３の端栓２０に切欠き２ＯＡを施し、半円形にした例
を示す。この半円形の端栓２０を先端構造材および末端
構造材等の支持根の少なくとも一方に１茨め込むことに
より、各中性子吸収棒１１Ａの収納位ＭＪ３よび収納角
度が位置決めされ、中性子吸収棒１１Ａの金属被覆管１
３に形成されたかしめがシースに対して所定角度をなす
ように容易に収納させることができ、作業の迅速化や正
確さを期待することができる。

その際、端栓２０の加工形状は半円形に限定されず、三
角形あるいは矩形形状、その他の形状であってもよい。

また、先端構造材や末端構造材はステンレス鋼等に限定
されず、これらの構造材自体をハフニウム等の中性子吸
収体で形成してもよい。

また、原子炉用制御棒１０△のシース４内に収納される
各中性子吸収棒１１Ｂは、第５図に示すようなかしめ１
６ａ、１６ｂを各金属被覆管１３に形成してもよい。こ
の場合、金属被覆管１３に形成されるかしめ１６ａ、１
６ｂが十字状にり［コスするように形成しても、また各
かしめを直径方向に形成し、この直径方向のかしめが隣
接する段のかしめと直交方向に交差するように形成して
５よく、いずれの場合も、金属被覆管１３に形成される
各かしめ１６ａ、１６ｂは一定の関係をもって所定方向
を向くように整列される。そして、この場合にもシース
４内に複数本の中性子吸収棒１１Ｂを配列したとき、隣
接する中性子吸収棒間にギャップが存在するのを防止で
きる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る原子炉用制御棒におい
ては、中性子吸収棒の金属被覆管の軸方向に異なる位；
Ｕに形成される複数のかしめは、そのかしめ方向が所定
方向を向くように整列させ、シース内に複数の中性子吸
収棒を密接配置したから、各中性子吸収棒間にギトツブ
を形成する必要がなく、その分だ（プ中性子吸収棒の金
属被覆管の管径を大きくすることができ、中性子吸収材
の充填間を増大させることができる。したがって、中性
子吸収材に従来と同じ種類の中性子吸収材を用いた場合
でｂ、原子炉用制御棒の寿命を長命化することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例を示す
部分的な平断面図、第２図は上記原子炉用ｉｔ、ＩＩ御
棒のシ内棒内に収納される中性子吸収棒の縦断面図、第
３図は８０００ＭＷクラスの標準原子カプラントにおＩ
プる原子炉用制御棒の寿命倍率と各運転サイクル毎の制
御棒取８本数との関係を示す図、第４図は原子炉用制御
棒に組み込まれる中性子吸収棒の変形例を示り′図、第
５図は本発明に係る原子炉用制御棒の伯の実施例を示す
部分下断面図、第６図は沸騰水型原子炉等に適した原子
炉用制御棒の一般的な外観構造を示す斜視図、第７図は
従来の原子炉用制御棒を示す第６図のＶＩ　−■線に沿
う部分的な平断面図である。 １・・・タイロッド、２・・・先端構造材、３・・・末
端構造材、４・・・シース、５・・・ウィング、１０．
１０へ・・・原子炉用制御棒、１１．１１Ａ、１１Ｂ・
・・中性子吸収棒、１３・・・金属被覆管、１５・・・
金属球、１６．１６ａ、１６’ｏ−・・かしめ、１８−
・・上部端栓、１９・・・下部端栓、２０・・・端栓。 第１図 第２図 第３図 ／１０Ａ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端構造材と末端構造材を連結するタイロッドの各
   突出部にシースを取付け、中性子吸収材を金属被覆管内
   に充填した中性子吸収棒を前記シース内に複数本列状に
   収納し、上記金属被覆管内に中性子吸収材の集密化防止
   用金属球を軸方向に間隔をおいてかしめにより固定した
   原子炉用制御棒において、前記金属被覆管に軸方向位置
   を異にして形成される複数のかしめは、そのかしめ方向
   が所定方向を向くように整列させ、前記シース内に複数
   の中性子吸収棒を密接配置したことを特徴とする原子炉
   用制御棒。 ２、中性子吸収棒の端栓に位置決め加工を施し、上記端
   栓を先端構造材および末端構造材等の上下部支持板の少
   なくとも一方に嵌合させて位置決め配置した特許請求の
   範囲第１項に記載の原子炉用制御棒。 ３、金属被覆管に形成されるかしめは、中性子吸収棒を
   シース内に収納したとき、かしめ方向がシース面に対し
   ４５度の角度をなすように設けた特許請求の範囲第１項
   に記載の原子炉用制御棒。