JPS63196890A - 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） 本発明は原子炉出力を調整制御するＩＪ：（子か用制御
棒に係り、特に長寿命を右しかつ外力に対する変形量が
少ない原子炉用制御棒に関する。

（従来の技術） 従来の沸騰水型原子炉用υ制御棒は、中央タイＯラドに
細長いＵ字状シースを固着して形成した複数個のウィン
グ内に多数の中性子吸収棒を装填して構成されている。

中性子吸収棒は例えばステンレスｙ＊ｍ管内に中性子吸
収材としてボロンカーバイド（８４Ｃ）粉末を充填して
調製される。

充填されたＢ４Ｃは原子炉内において中性子を吸収して
中性子吸収能力が次第に失われる。

ところで、原子炉の炉心に挿入または抜出されるυＪａ
ｉｌ棒はその全領域に亘って一様な中性子照射を受ける
ものではなく、例えばウィングの側縁領域または上端領
域は強度の中性子線を受ける。このため、制御棒の各ウ
ィングの側縁および上端領域に配設した中性子吸収棒は
、多聞の中性子を吸収し、他領域の中性子吸収棒より早
期に核的寿命を終える。したがって、他の領域に配設さ
れた中性子吸収棒が充分核的寿命を残しているにも拘ら
ず１．制御棒を放射性廃棄物として廃棄しなければなら
ない不経演性があった。

そのような問題を解決するために強度の中性子照射を受
ける制御棒の領域に核的寿命が長い、例えばハフニウム
のような艮スｉ命型中性ｆ吸収体を１５分的に配置した
原子炉用制御棒を本出願人は開発した。この原子炉用制
御棒は、特開ｆｉｒ（５３７／Ｉ　６９７　Ｓづ公報に
開示されている通り、通常型１．ＩＪ御棒の２１８程度
の′ｒ？命が確保された。

その後、原子炉の＾燃焼度運転、長期連続運転への移行
が希求され、制御棒の良Ｒ命化に対するＤ　ｉｍ’ｉ　
’ｂ一段とａｌまったことに応えて、本出願人は特願昭
６１−７８７４６　＞−３明ｉ害に記載したように飛躍
的に寿命を延伸ぐきる長寿命タイプの０１４子炉用１．
ＩＩ制御棒開発した。

この原子炉用制御棒は中性子吸収材として［３４Ｃを使
用せず長スＰ命を右するハフニウム金属板等の金属中性
子吸収板をシース内に対向して配設した構造を有してい
る。具体的な構成は第６図および第７図に示す。づなわ
ち原子炉用制御棒１はハンドル２を備えた先端構造材３
と末端構造材４どを横所面十字状の中央タイロッド５で
一体的に接合している。中央タイロッド５の各突出部に
は深いＵ字状横所面を有するステンレス鋼で形成したシ
ース６が固設されてウィング７が形成される。

上記シース６内にはハフニウム（Ｈｆ　）金属板等を代
表とする板状の長ズＩ命型中性子吸収体８が収容される
。

この中性子吸収体８は中火タイロッド５の軸方向に複数
の中性子吸収要素８ａに分割され、各段の中性子吸収要
素８８は第７図に例示するようにウィング７の肉厚方向
に対向して配設される、例えば２枚の中性子吸収板８ｂ
で構成８れ、両者は複数のスペーサ９を介して一体的に
接合される。

２枚の中性子吸収板８ｂの間には、減速材が流通する流
路１０が形成される。

このハフニウム板トラップ型の原子炉用ａ、ＩＩ　ｔｌ
ｌ　４４によれば、従来のように［３４Ｇを充填した被
覆管を必要とせず、長寿命を右するハフニウム板を使用
しているため、ｉ、ｌＪ御棒自体の寿命は格段に延伸す
る。ところが、ハフニウムは中性子吸収能力がＢ４Ｃと
比較してやや劣り、また比重が＾いため、従来の制御棒
と同等の中性子吸収機能を確保するためには、大きな厚
さを右するハフニウム板を装着する必要がある。そのた
め、制御棒の！ｆ￥吊が大幅に増加し、荷千設語の変更
を要することとなり、ｖｉ設の制御棒駆動機構にそのま
ま採用できない問題があった。

その問題点を解決するために、第７図に示すように、シ
ース内に対向して配設されるハフニウム板の中性子吸収
板８【）の間に減速材である水を流通ｕしめる流路１０
を形成して、減速材による中性子減速効果を利用するこ
とが捉案されたＵすなわら、流路１０に水を流通せしめ
ると水の中性子減速効果によって制御棒の反応１ａ価偵
が向［する。

したがって、相対的に中性子吸収材としＣのハフニウム
板のＩ＋７５を低減することができる。

この結果により、中性子吸収板８ｂの間に形成される流
路１０の幅を最大限に確保ｑるーｈ、ハフニ・クムで形
成した中性子吸収板８ｂのＪｔさを極限よＴ″低減、υ
制御棒の総重量の増加を可及的に抑制したことにより、
このハフニウム板トラップハリの制御棒は従来の制御棒
駆動機構に採用することが可能となった。

らなみに、この原子炉用制御棒の実物大模型モックアツ
プ）を組み込んだ臨界実験装置を使用して、機能および
動作状況を確認した結果、例えば制御棒のシース６内に
配設した２枚のハフニウム製中性子吸収板８ｂの間に形
成した減速材の流路１０の幅が広いほど制御棒の反応度
価値が上界することが実証された。すなわら、流路１０
の幅を拡大する稈、ハフニウム板の板厚を低減すること
が可能となり、υ制御棒の仝車間を低減する対応策とし
て検−４が准められている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、！−制御棒のＵ字状シースの表面間距離
は、従来よりほぼ８ａｍであり、この値以上に増加する
ことは炉心設計全体の変更にもつながり、現実的には不
可能である。一方、この厚さの範囲内で制御棒の手出を
低減するためには、シースの厚さをより薄くする必要が
ある。しかし、シースの構造部材としての強度が低下す
るため、例えば大地震の発生時に制御棒に過大な曲げ応
力が作用した場合に塑性変形を起す可能性が増加し、制
御棒の炉心への挿入操作に悪影響を及ぼ寸ことも考えら
れる。すなわち、過大な曲げ応力によってシースが外方
に塑性変形し、対向して配設された燃料集合体と接触し
、制御棒の挿入操作に支障をきたり可能性を完全に否定
することは回能である。

また、原子炉スクラム動作の際、制御棒を急速に炉心内
に挿入層る際に生じる加速度によって制御棒に大きな応
力が作用することも考えられるが、（のような場合で６
過度の変形は許されない。

本発明は上記の問題点を解決Ｍるためになされたもので
あり、シースの厚さを低減した場合においても外力によ
るシースの変形量が少く、したがって緊急時においても
制御棒の円滑な挿入動作が可能な原子炉用制御棒を提供
することをｉ」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１杯は、先端構造材と末端構
造材とを中央タイロッドによって結合し、上記中央タイ
ロッドの各突出部に略Ｕ字状断面を有するシースを固設
してウィングを形成し、上記シース内に板状の長寿命型
中性子吸収体を収容し、前記中性子吸収体はシースの軸
方向に複数段の中性子吸収要素に分割されて配設される
原子炉用制御棒において、上記中性子吸収要素の分割位
置に対応した位置において上記シースを軸方向に分割し
て複数のシース要素を形成し、隣接するシース要素間に
所定の間隙を形成する一方、上記シース要素の端部の幅
方向に嵌合溝を形成し、上記嵌合溝に板状中性子吸収材
を軸方向に摺動自在に嵌合することによってシース要素
をｎいに伸縮自在に接続したことを特徴とする。

（作用） 上記構成の原子炉用制御棒は、シースが軸方向に分割さ
れて複数のシース要素から構成され、隣接するシース要
素は、その端部に形成された嵌合溝に嵌合した板状中性
子吸収材によって伸縮自在に接続されているため、制御
棒に外力が作用した場合においてもシース表面等に発生
する変形が少い。

すなわら、地震等によって制御棒に過大な曲げ応ツノ等
が作用し変形が生じた場合においても、その変形は嵌合
溝Ｊ３よびシース要素間に形成された間隙によって吸収
８れる。したがって、シースが外方に膨出して対ｆ＋ｔ
　する燃料集合体に接触しｖ制御棒の’ｔ７　Ｌｌ動作
に支障をきたすおそれが解消される３゜（実施例） 以下、本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例について
添付図面を参照しく説明する。

第１図は本発明に係る原子炉用＃Ａｌｌ１棒の正面図ぐ
あり、図において右側のシースを部分的に破断して示す
。なお、第６図および第７図に示す従来例と同一の構成
要素・部品には同−首ｇを付して詳細な説明は省略する
。

本実施例の原子炉用制御棒１は、先端構造材３と末端構
造材４とを中央タイロッド５によって結合し、中央タイ
ロッド５の各突出部にＵ字状断面を右するシース６が固
着され、シース６内に板状の中性子吸収体素８ａが収容
される。中性子吸収要素８ａは中央タイロッド５の軸方
向に複数に分割され、その中性子吸収要素８ａの分割位
置に対応した位置において、シース６を軸方向に分割し
て複数のシース要素６ａが形成される。また、シース６
を分割する位置は、各ウィング７の全領域のうら上端か
ら軸方向に等分に第１領域から第３領域にまで分割した
第２領域のシース面の軸直角方向く幅方向）に少なくと
も１以上設定する。地震時において、シースｍ１に作用
する応力は第２領域において最大の値を有し、変形庁も
最も大きくなるからである。なお、分割４６位ＰｆＧよ
第１図にポリように各ウィング毎に変えて設けることも
できる。この場合、シース６の不連続ｎ５が軸方向の同
一高さに集中しないためシース６全体の構造強度が優れ
る。

また、隣接するシース要素６ａ、６ａの間には第２図に
示すように所定幅の間隙へが形成される。

この間隙Ａは１ｉｌＪ御棒に外力が作用した場合に生じ
る変形を充分吸収できる幅に設定する。

シース要素６ａの端部には、第３図および第４図で例示
するようにシース要素６ａの幅方向に嵌合溝１１が形成
された保持具１２が固着されている。間隙へをおいて対
向して設けられた１■合溝１１．１１には、（Ａえばハ
フニウム金属板で形成された根状中性子吸収材１３が軸
り向に層動自イＥに嵌合される。この板状中性子吸収材
１３によって隣接するシース要素５ａ、（３ａはＢいに
伸縮自在に接続される。対向する嵌合溝１１．１１の全
幅は板状中性子吸収材１３の全幅より大きく、各嵌合溝
１１の最深部には変位吸収用空間１４が形成される。嵌
合溝１１に嵌合する板状中性子吸収材１３は第３図に例
示するように略Ｔ字状に形成してもよい。この場合、板
状中性子吸収板１３の段差１５が保持具１２の端面に当
接することにより幅方向への移動が拘束される。したが
って、板状中性子吸収板１３の抜は出しＪ３よびシース
外側縁部への接触が防止される。また、第４図に示すよ
うに対向するシース要素６ａのシース端面および保持具
１２の角部に面取り加工を施すことにより、部材相互の
損傷が防止される。

次に、本実施例の作用を説明する。

本実施例に示す原子炉用制御棒に対しχ、地震等により
大きな曲げ応力等が作用した場合は、特に制御棒は長尺
な形状を有するため軸方向中央部に最も大きな応力が作
用し、この部分に最大の歪み変形が生起する。

しかし、この変形は１欠合満１１およびシース要素６ａ
の間に形成された間隙ＡにおいＩ吸収される。すなわち
、嵌合溝１１に嵌合された板状中性子吸収材１３が変形
…に応じて軸方向に摺動し、シース内に応力が発生する
ことが防止される。したがって、シース表面が外方に膨
出し、その膨出変形部が対向する燃料集合体に接触して
制御棒の″ｊ＃降動作に支障をきたす可能性は排除する
ことができる。

また、実施例においては、ｉｌ、ｌＪ　ｌ１ｌｌｌ棒の
挿入先端から全長の３分の１に相当する第１領域にｔよ
シースの分割位置を設けていないため、第１領域におけ
る中性子吸収特性の低下Ｇ、Ｌ回避される。号なわら、
前記の通り制御棒の挿入先端および各ウィングの外側縁
部は強１ｑの中性子線を受けるため、その部分にシース
の分割位置を設けて中性子吸収体の不連Ｖｔ部を形成す
ることは好ましくイｉい。しかし、本実施例では分割位
置は第２領域に設けられるため、第１領域中牲子吸収特
性の低下はＩＧＪられる。

したがって、制御棒の原子炉停止余裕が適正に紺１、う
される。

次に、第５図に従って本発明の他の実施例を説明する。

この実施例にｄ３いでは、各ウィング７は、外側縁部の
軸り向に各シース要素６ａを連続してＬ１通するように
２本の長尺のハフニウム製中竹了吸収棒１６を配設して
構成している。中性子吸収棒１６の挿入先端側の上部に
は、熱膨張による変形を吸収するための空間１７が設け
られている。−εの他の構成は第１図で示ず実施例と同
様Ｃある、。

この場合、特に中性子吸収体の消耗が汎しい各ウィング
７の外側縁部における中性子反応度が中性子吸収棒１６
によって補強され、制御棒の核的４命を延伸覆ることが
できる。また、各シース要ｉ６ａを連続してＬ′１通す
る中性子吸収棒１６は構造部材としても機能し、各ウィ
ングの機械的強度を増すことができる。

また、シースの分割位置における中性子吸収板８ｂが不
連続となる部分は中性子反応度が低下するが、中性子吸
収棒１６によってその低下分が補償される。さらに、同
一ウィング内において分割された各シース要素６ａの相
対的な変位が中性子吸収体１６によって拘束される等の
効果を有する。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る原子炉用１．ＩＩ御棒に
おいては、各ウィングのシースが軸方向に分割されて複
数のシース要素から構成され、隣接するシース要素は端
部に形成された嵌合溝に嵌合した板状中性子吸収材によ
って伸縮自在に接続され°Ｃいるため、地震等により制
御棒に過大な外力が作用した場合においてもシース表面
等に発生ずる変形が少へい。すなわち、ｌ、ＩＩ　ｔｉ
ｌｌ捧に対して作用する応力によって変形が生じた場合
においても、その変形は嵌合溝ｄ３よびシース要素間に
形成された間隙によって吸収される。したがって、シー
スが外方に膨出して対向する燃料集合体に接触し、制御
棒の昇降動作に支障をきたすＪ５てれは解消し、常に円
滑な昇降動作が約束される。

【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部分
的に破所して示づ正面図、第２図は第１図における■部
詳細図、第３図は第１図にお番プる■部詳細図、第４図
は第３図におけるｒＶ　−ＩＶ矢視断面図、第５図は伯
の実施例を示で正面図、第６図は従来の原子炉用ａ、１
１　ｔｉｌｌ棒の全体斜視図、第７図は第６図にＪ３　
ＧノるＶｌ　−Ｖｌ矢視断面図である。 １・・・制御棒、２・・・ハンドル、３・・・先端構造
材、４・・・末端構造材、５・・・中央タイロッド、６
・・・シース、６ａ・・・シース要素、７・・・ウィン
グ、８・・・中性子吸収体、８ａ・・・中性子吸収要素
、８ｂ・・・中性子吸収板、９・・・スペーサ、１０・
・・流路、１１・・・嵌合溝、１２・・・保持具、１３
・・・板状中性子吸収材、１４・・・変位吸収用空間、
１５・・・段差、１６・・・中性子吸収棒、１７・・・
空間、Ａ・・・間隙。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久＄４　図 第６　図 第　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端構造材と末端構造材とを中央タイロッドによっ
   て結合し、上記中央タイロッドの各突出部に略Ｕ字状断
   面を有するシースを固設してウィングを形成し、上記シ
   ース内に板状の長寿命型中性子吸収体を収容し、前記中
   性子吸収体はシースの軸方向に複数段の中性子吸収要素
   に分割されて配設される原子炉用制御棒において、上記
   中性子吸収要素の分割位置に対応した位置において上記
   シースを軸方向に分割して複数のシース要素を形成し、
   隣接するシース要素間に所定の間隙を形成する一方、上
   記シース要素の端部の幅方向に嵌合溝を形成し、上記嵌
   合溝に板状中性子吸収材を軸方向に摺動自在に嵌合する
   ことによってシース要素を互いに伸縮自在に接続したこ
   とを特徴とする原子炉用制御棒。 ２、シースの分割位置は、各ウィングの全領域を上端か
   ら軸方向に等分に第１領域、第２領域および第３領域に
   分割した第２領域に設けた特許請求の範囲第１項記載の
   原子炉用制御棒。 ３、中性子吸収要素は、ハフニウム金属板から成る特許
   請求の範囲の第１項記載の原子炉用制御棒。 ４、ウィングは、外側縁部において軸方向に各シース要
   素内を連続して貫通するように配設した長尺のハフニウ
   ム製の中性子吸収棒を有する特許請求の範囲第１項記載
   の原子炉用制御棒。