JPS63255689A - 原子炉の制御棒集合体 - 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、高速増殖炉の制御棒に係り、緩衝装置である
ダッシュラムのスエリング量を抑制するに好適な技術に
関する。

〔従来の技術〕

本発明の背景を第３図に従い説明する。

高速増殖炉（高速増殖型原子炉）の炉心には、複数の燃
料集合体（図示せず）と共に、複数の制御棒集合体■が
設置されている。制御棒集合体Ｉは、通常制御棒］及び
制御棒案内管２により構成され、制御棒１は炉心の上方
より制御棒駆動機構Ｈにより吊り下げられており、炉心
の下方から別個に支持されている制御棒案内管２中に収
納されている。制御棒１は、制御棒駆動機構■により制
御棒案内管２中で上下に駆動されることによって、炉心
内での核反応を制御する機能を持っている。

即ち、炉心の核反応の観点からは、制御棒ｊのり１抜き
は反応の進展に、挿入は反応の抑制にそれぞれ対応する
。又、地震時等を含む緊急時には、制御棒１は何れの挿
入状態からも、急速に全挿入位置まで挿入され、炉心の
核反応を停止させる。又、制御棒案内管２の内部には、
炉心内の核反応により発生する中性子の照射により発熱
した中性子吸収体４及び制御棒１の構成材の冷却の為に
、液体ナトリウム３が流れている。

制御棒集合体Ｉは、緊急時に於ける制御棒１の急速全挿
入による落下エネルギーを緩和する為、通常制御棒１の
下端にダッシュラム５を設け、それを挿入したリフ１き
出したりてきる形状を有するダッシュポット６を制御棒
案内管２の下部に設け、それらの間に存在するナトリウ
ム３を緩衝材とした緩衝装置を有する。即ち、急速全挿
入時、ダッシュラム５がダッシュポット６内に挿入され
、タラシュポラ１−６内のナトリウム３を押し出す事に
よるエネルギー損失により、制御棒１の落下エネルギー
を緩衝する。

ここで、冷却材である液体ナトリウム３は、約４００℃
〜５００　’Ｃと高温である為、このナトリウム３中で
使用する金属材料の機械的強度が、大気中に比べ低下す
ることが知られている。又、高温ナトリウム３中に於い
ては、摺動特性が著しく低下することも知られている。

よって、制御棒１の急速挿入時のダッシュラム５とダッ
シュポット６の挿入性及び挿入時の摺動特性や衝突、耐
摩耗性を考慮するならば、通常、考え付は得ることはス
テライト肉盛やメテコ溶射等の表面硬化処理７（第４図
中、太線で示す部分。）を行うとか考え付けるが、これ
により次のような問題を想定して対処を用意することが
良い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

その問題点とは次の如くである。即ち、原子炉炉心の中
性子照射強度は、炉心上部及び下部では弱く、中央部で
は非常に強いほぼ正規分布曲線の形を示すことが知られ
ているが、この中性子照射による金属材料のスエリング
（中性子の照射により材料の内部に空孔が生成され、材
料が膨張する現象。）が起こることも、周知の所である
。高速増殖炉に於いてはその特徴として、炉内に於いて
非常に多くの中性子が発生し又非常に高温であることか
ら、スエリングが大変に起こり易すく、スエリング量が
大きくなってしまう。よって、このような環境下に於け
る上記処理を施したダッシュラム５及びダッシュポット
６、特に制御棒１と一体となって、通常、中性子照射の
非常に強い位置にあるダッシュラム５は、スエリングが
非常に重要な問題となる。（ダッシュポット６の場合、
炉心下部に設置される為中性子照射が弱く、スエリング
量が大巾に小さいので、健全性が保たれる。）即ち、表
面硬化材と母材とはその組成が異なることからスエリン
グ率が異なる為、高中性子照射を長時間受ける（大量の
中性子を蓄積する。）ことによる各々のスエリング量の
差が大きくなる。よって、この差が歪みとなって内部応
力が増大し、場合によって機械的強度上のリスクが大き
くなり、損傷の恐れも出てくる。又、ダッシュポットが
炉心下部の中性子束の弱い位置にありスエリング量が小
さいのに対し、ダッシュラム５は制御棒を上方へ移動さ
せた状態では、高中性子照射の位置にある為スエリング
量が大きい。その為、制御棒１の急速全挿入時に於ける
ダッシュラム５のダッシュポット６への挿入性にも問題
が生じる。この問題点はダッシュラムに表面硬化処理を
施さないものにおいても、解決することが好ましい。

上記したように、従来の制御棒や制御棒集合体を利用し
たものに於いては、ダッシュラムが制御棒と一体構造で
の原子炉制御構造を組まなければならない為、中性子照
射の強い炉心中央部等に制御棒がある場合、ダッシュラ
ムも同様の中性子照射を受けてしまい、その為に表面硬
化処理を施した部分と母材のスエリング差による損傷問
題、及びダッシュラム自体のスエリングによるダッシュ
ポットへの挿入性の問題が生じ、これらを解決するには
、寸法制限等の制約があった。よって、ダッシュラムの
スエリング量を抑制せねばならない。

本発明の目的は、ダッシュラムのスエリング量を抑制す
ることであり、これでスエリング差による損傷問題、及
びダッシュラムのダッシュポットへの挿入性の問題を、
比較的容易に回避することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成する本願においては発明として二つの
発明を有し、第１発明による手段は、制御棒の全挿入時
における緩衝装置として、ダッシュポットに抜き差し自
在な形状のダッシュラムを有する原子炉の制御棒におい
て、前記ダッシュラムの少なくとも一部を前記制御棒と
は分離独立して有することを特徴とした原子炉の制御棒
としたことにあり、第２発明による手段は、ダッシュボ
ッＩ・を内蔵した制御棒案内管の中に上下動自在に制御
棒を備えた原子炉の制御棒集合体において、前記制御棒
と前記ダッシュポットとの間であって前記ダッシュポッ
トの直前の位置に、前記ダッシュポットに抜き差し自在
な形状のダッシュラムを前記制御棒の降下力を受けて降
下自在に設置したことを特徴とした原子炉の制御棒集合
体としたことにある。

［作用〕 第１発明による手段によれば、制御棒からダッシュラム
を分離独立させて、制御棒とダッシュラムの同伴移動を
解消できるようになるので、この制御棒とダッシュラム
との構成を利用すれば、制御棒が強中性子照射領域に移
動してもダッシュラムが強中性子照射を受けにくい制御
棒集合体の構成がとり易い。

第２発明による手段によれば、制御棒とダッシュラムと
の動きは、制御棒がダッシュラム上に受は止められない
かぎりにおいて分離独立の関係に維持され、制御棒全挿
入時にあっては、制御棒が降下して来るグツシュラ１１
上に受は止められ、その後は制御棒とダッシュラムは同
伴して降下しつづけ、ダッシュラムがダッシュポットに
挿入されて緩衝作用を発生するに至る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、第１図、第２図により説明す
る。

第１図において、制御棒集合体■は、制御棒１゜制御棒
案内管２及び制御棒１の急速全挿入時の緩衝装置である
ダッシュラム５．ダッシュポット６により構成され、制
御棒１は制御棒駆動機構■により支持され、炉心の下方
から別個に支持されている制御棒案内管２内に収納され
ている。又、ダッシュポット６は制御棒案内管２の下部
に、炉心下方より支持された形で設置される。制御棒案
内管２の内部には、炉心内の核反応により発生する中性
子の照射により発熱した制御棒１の冷却の為に液体ナト
リウム３が炉心下方より上方に向かって流れている。

ここで、ダッシュラム５は従来型に対し制御棒１の有効
部りより切り離す。ダッシュラム５単体は、炉心下部に
設置されるダッシュポット６の直（ｑ） 上に設置する。

原子炉通常運転時、制御棒１は制御棒駆動機構■により
制御棒案内管２中で上下に駆動されることによって、炉
心内での核反応を制御する。又、地震時等を含む緊急時
には、制御棒１は何れの挿入状態からも急速に全挿入位
置まで挿入され、炉心の核反応を停止させる。この急速
全挿入時に於ける制御棒１の落下エネルギーを受は止め
る為に、緩衝装置であるダッシュポット６、ダッシュラ
ム５構造がある。即ち、ダッシュラム５は制御棒１の落
下を受は止め、合体した形でダッシュポット６内に挿入
され、衝撃を緩和する機能を有しなければならない。そ
こで、第１図に示すように、制御棒案内管２内を炉心下
方より上方へ流れる液体ナトリウム３の流体力によりダ
ッシュラム５を浮かせ、ダッシュラム５上部を、制御棒
案内管２より設けたストッパ８で上方向を拘束すること
により、ダッシュポット６直上にダッシュラム５をダッ
シュポット６から抜は出た状態で止める。この場合、液
体ナトリウｌ、３の流体力を高める為、ストツバ８に当
たっているダッシュラム５上部に制御棒案内管２断面積
よりも小さな断面積を持っ流路９を設け、ストッパ８よ
り下方の液体す１−リウム３の流れを絞っている。

本実施例に於いて、地震時等緊急時に行う制御棒の急速
全挿入の場合の動きについて、以下に説明する。まず、
挿入の為に降下する制御棒１はダッシュラム５に向かっ
て落下し、後にダッシュラム５に当たる。次に当たった
状態、つまり制御棒１とダッシュラム５は合体した状態
で、ダッシュポット６に向かって落下し続ける。その後
、ダッシュポット６内にダッシュラム５が挿入し、従来
型と同じ理論により制御棒１の落下による衝撃を緩和す
る。即ち、制御棒１とダッシュラム５は切り離されてい
るが、制御棒１が落下し、ダッシュラム５に当たった（
合体）以降は、従来の制御棒とまったく同じ動きをし、
衝撃を緩和する。

上記例は、液体ナトリウム３の流体力とストッパ８とを
利用したダッシュラム５の設置方法であるが、流体力の
代わりにバネを使用し行うことも出来る。その−例を、
第２図により説明する。

バネ１０は、炉心の下方より別個支持されたダッシュポ
ット６側より設置し、もう一方の端にダッシュラム５を
固定する。即ち、ダッシュポット６側より伸びたバネ１
０の上に、ダッシュラム５を載せた形でダッシュラム５
をダッシュポット６直上に設置する方法である。ダッシ
ュラム５が浮き上がりそうであればダッシュポット６に
ばね１０の上端を連結しても良い。この様に設置した場
合、制御棒１の急速全挿入時に於いてバネ１０の縮み量
に比例して挿入方向と反対方向にバネ力が発生し、制御
棒１の急速全挿入に於ける落下エネルギーの緩衝効果も
ある。

以上本実施例（液体ナトリウム流体力による設置方法、
バネによる設置方法。）によれば、中性子照射の弱い炉
心下部ダッシュポット直上にダッシュラムを設置出来る
ので、中性子照射によるスエリングを小さく抑えら九、
それにより、ダッシュラム表面に処理する表面硬化材（
ステライト肉盛・メテコ溶射等）と母材とのスエリング
差による内部歪を小さく抑える事が出来、機械的強度の
低下、強度上のリスクを抑える事が出来る。又、ダッシ
ュポット及びダッシュラムを、はぼ同一位置に設置する
事が出来るので中性子照射等の環境が同一となり、中性
子照射によるスエリングの差が無くなり、制御棒の急速
全挿入時のダッシュラムのダッシュポットへの挿入性も
良好となる。又、ダッシュラムが常にダッシュポット直
上にあることになる為、原子炉炉心下部の遮蔽増強にも
なり、炉心支持板の照射損傷防止にも効果がある。

本発明の各実施例によれば、ダッシュラムを制御棒有効
部と切り離した単体の状態にて、中性子照射の弱い炉心
下部に設置されるダッシュポット直上に設置出来るので
、ダッシュラムの中性子照射によるスエリングを小さく
抑えられ、それにより表面硬化材と母材とのスエリング
差による機械的強度の低下を含めた損傷問題、及び中性
子照射強度の違いにより起こるダッシュラムとダッシュ
ポットのスエリング量の差による挿入性の問題を、容易
に回避出来る効果がある。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の第１発明によれば、制御棒からダ
ッシュラムが分離独立する構成をとりますので、ダッシ
ュラムが制御棒とが強中性子照射領域方向へ同伴移動し
ない構成を取り易くなる効果が得られ、第２発明によれ
ば、第１発明における制御棒とダッシュラムとの同伴開
始位置を弱中性子照射域に近いダッシュボッＩ・直前に
でき、且つその直前位置からより強中性子照射領域であ
る上方へは制御棒だけがダッシュラムと同伴することな
く移動して原子炉の制御に供せられ、ダッシュラムが強
中性子照射を受けにくい構成の原子炉制御構造がとりや
すい。

よって、いずれの発明においても、ダッシュラムのスエ
リング量を抑制できる原子炉制御構成を得やすいという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による制御棒集合体の一部断
面図、第２図は本発明の他実施例によるダッシュラムの
設置例を示す要部断面図、第３図は従来例による制御棒
集合体の一部断面図、第４図は第３図中の一部に表面硬
化処理を施した状態の要部断面図である。 １・・制御棒、２・・制御棒案内管、３・・・液体ナト
リウム、５・・ダッシュラム、６・・ダッシュポット、
８・・・ストッパ、９・・・流路、１０・・ハネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御棒の全挿入時における緩衝装置として、ダッシ
   ュポットに抜き差し自在な形状のダッシュラムを有する
   原子炉の制御棒において、前記ダッシュラムの少なくと
   も一部を前記制御棒とは分離独立して有することを特徴
   とした原子炉の制御棒。 ２、ダッシュポットを内蔵した制御棒案内管の中に上下
   動自在に制御棒を備えた原子炉の制御棒集合体において
   、前記制御棒と前記ダッシュポットとの間であつて前記
   ダッシュポットの直前の位置に、前記ダッシュポットに
   抜き差し自在な形状のダッシュラムを前記制御棒の降下
   力を受けて降下自在に設置したことを特徴とした原子炉
   の制御棒集合体。 ３、特許請求の範囲の第２項において、前記制御棒案内
   管はダッシュラムの上昇移動を前記直前の位置までに阻
   止するストッパを有することを特徴とした原子炉の制御
   棒集合体。 ４、特許請求の範囲の第２項において、前記直前の位置
   に前記ダッシュラムをばねで支持し、前記ばねの強さを
   、前記制御棒の降下力を前記ダッシュラムを受けたとき
   に前記ダッシュラムが前記ダッシュポットに差し込まれ
   るまで圧縮できる強さに設定したことを特徴とした原子
   炉の制御棒集合体。