JPS63259494A - Control rod for nuclear reactor - Google Patents

Control rod for nuclear reactor

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JPS63259494A
JPS63259494A JP62093269A JP9326987A JPS63259494A JP S63259494 A JPS63259494 A JP S63259494A JP 62093269 A JP62093269 A JP 62093269A JP 9326987 A JP9326987 A JP 9326987A JP S63259494 A JPS63259494 A JP S63259494A
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JP
Japan
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region
reactor
control rod
neutron
filled
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JP62093269A
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Japanese (ja)
Inventor
精 植田
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Toshiba Corp
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP62093269A priority Critical patent/JPS63259494A/en
Publication of JPS63259494A publication Critical patent/JPS63259494A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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、原子炉出力を調整し制御Iする原子炉用制御
棒に係り、特に高い原子炉停止余裕を有する長寿命型原
子炉用制御棒に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a control rod for a nuclear reactor that adjusts and controls the reactor output, and particularly relates to a control rod for a nuclear reactor that has a long life with a high reactor shutdown margin. Concerning control rods for type nuclear reactors.

(従来の技術) 原子炉の出力を制御する原子炉用制御棒として、中央タ
イロッドに例えば4枚のステンレス鋼製ウィングを一体
的に結合し、ウィングの幅方向の内部に形成した多数の
収容穴にボロンカーバイド(84C)などの中性子吸収
材の粉末を均一な密度で充填した新しい型式の制御棒が
開発されている。
(Prior art) As a control rod for a nuclear reactor that controls the output of a nuclear reactor, for example, four stainless steel wings are integrally connected to a central tie rod, and a large number of accommodation holes are formed inside the wings in the width direction. A new type of control rod has been developed that is filled with powder of a neutron absorbing material such as boron carbide (84C) at a uniform density.

この原子炉用制御棒を沸騰水型原子炉等の炉心部に挿入
すると、収容穴に充填した中性子吸収材は中性子の照射
を受け、中性子吸収能力を次第に失うため、所定期間の
運転に供した後に定期的に交換される。
When this nuclear reactor control rod is inserted into the core of a boiling water reactor, etc., the neutron absorbing material filled in the accommodation hole is irradiated with neutrons and gradually loses its neutron absorption ability, so it is not suitable for operation for a predetermined period of time. It will then be replaced periodically.

(発明が解決しようとする問題点) ところで、原子炉の炉心部において使用される制御棒は
、各ウィングの全面に亘って一様に中性子照射を受ける
ものではなく、例えば各ウィングの挿入先端領域および
側縁領域は、強度の中性子照射を受ける。そのため、そ
のgA城に充填された中性子吸収材は多量の中性子を吸
収して他領域より早く消耗し、9朋に核的寿命を終える
。したがって、他領域に充填された中性子吸収材がまだ
十分核的寿命を残しているにも拘らず、原子炉用制御棒
全体を放射性廃棄物として廃棄しなければならない不経
済、性があり、一方、交換頻度が高いと交換rF業を行
なう作業員の被曝線量も増大する問題点も考えられる。
(Problem to be Solved by the Invention) By the way, control rods used in the core of a nuclear reactor are not irradiated with neutrons uniformly over the entire surface of each wing. and the lateral edge regions are subjected to intense neutron irradiation. Therefore, the neutron absorbing material filled in the gA castle absorbs a large amount of neutrons and is consumed faster than other areas, ending its nuclear life in 9 days. Therefore, even though the neutron absorbing material filled in other areas still has sufficient nuclear life remaining, there is an uneconomical and uneconomical situation in which the entire reactor control rod must be disposed of as radioactive waste. If the frequency of replacement is high, there may be a problem that the radiation dose of the workers who perform the replacement RF work will also increase.

また、従来の原子炉用制御棒は、ウィングの全領域に亘
って中性子吸収材を均一な密度で充填しており、軸方向
の中性子吸収能力すなわち反応度が等しく調製されてい
るが、前記のように中性干魚tJ4ffiの不均一によ
って経時的に反応度にばらつきを生じ、原子炉の運転サ
イクル末期においては部分的に原子炉停止余裕が低下す
る可能性がある。
In addition, in conventional control rods for nuclear reactors, the entire wing area is filled with neutron absorbing material at a uniform density, and the neutron absorption capacity, or reactivity, in the axial direction is adjusted to be equal. As such, the non-uniformity of the neutral dried fish tJ4ffi causes variations in reactivity over time, which may partially reduce the reactor shutdown margin at the end of the reactor operating cycle.

すなわち、上記の原子炉用制御′棒を使用して原子炉を
所定期間運転した場合における原子炉停止余裕(未臨界
度)の炉心軸方向分布は、燃料集合体の設計仕様または
原子炉の運転方法によって若干の相違を生じるが、基本
的には第3図(A)に示す分布となる。すなわち、原子
炉停止余裕は炉心の上端および下端において大きく、一
方、上端より若干下った位置において最小の値をとる。
In other words, when the reactor is operated for a predetermined period using the above-mentioned reactor control rods, the distribution of the reactor shutdown margin (subcriticality) in the core axis direction depends on the design specifications of the fuel assembly or the operation of the reactor. Although there are some differences depending on the method, the distribution basically becomes as shown in FIG. 3(A). In other words, the reactor shutdown margin is large at the upper and lower ends of the core, while taking a minimum value at a position slightly below the upper end.

この原因としては、次のことが考えられる。Possible causes of this are as follows.

原子炉炉心の軸方向長さをLとした場合、下端から3/
4Lの位置から上端にかけての上端領域においては、運
転時の気泡率(ボイド率)が高く、炉の出力密度が若干
低下するため、核分裂性物質である質量数235のウラ
ン(U−235)の残存量が比較的多く、また発生する
気泡(ボイド)によって中性子スペクトルの硬化現象を
生じる。
If the axial length of the reactor core is L, then 3/3 from the bottom end.
In the upper end region from the 4L position to the upper end, the bubble rate (void rate) during operation is high and the power density of the reactor decreases slightly. The residual amount is relatively large, and the generated bubbles (voids) cause a phenomenon of hardening of the neutron spectrum.

その結果、プルトニウム生成反応(中性子吸収反応)が
促進されるため、原子炉の運転後において炉心上部の核
分裂性物質の濃度が高(なり、その領域の原子炉停止余
裕が低下する。
As a result, the plutonium production reaction (neutron absorption reaction) is promoted, so the concentration of fissile material in the upper part of the reactor core becomes high after the reactor is in operation, reducing the margin for reactor shutdown in that region.

一方、今後の原子炉は運転経済性の向上に対する要請か
ら核燃料の高燃焼度化および運転サイクルの長期化への
移行は必至の情勢である。その具体的な対応として濃縮
度の高い核燃料の採用が進み、それに伴って寿命が長く
、原子炉停止余裕が大きな原子炉用flilJ御棒が強
く求められる。
On the other hand, it is inevitable that future nuclear reactors will shift to higher burn-up of nuclear fuel and longer operating cycles due to the demand for improved operating economy. As a concrete response to this, the adoption of highly enriched nuclear fuel is progressing, and as a result, there is a strong demand for flilJ rods for nuclear reactors that have a long life and have a large margin for reactor shutdown.

ところが、従来の原子炉用INI御棒をa12100核
燃料を装荷した原子炉に採用すると、短い運転サイクル
毎に原子炉用制御棒を頻繁に交換しなければならない。
However, when conventional INI control rods for nuclear reactors are employed in nuclear reactors loaded with A12100 nuclear fuel, the reactor control rods must be frequently replaced every short operating cycle.

原子炉用制御棒の交換作業にあたっては、原子炉を停止
し、交換すべき制御棒の周囲に配設された多数の燃料集
合体を炉心から予め排除する煩雑な作業が必要とされる
。したがって、制御棒の交換のための原子炉停止が頻発
し、また停止m間が長期化することにより原子炉の運転
効率、経済性が著しく低下する一方、管理労力が著しく
増大する可能性がある。
Replacing nuclear reactor control rods requires the complicated work of shutting down the reactor and removing from the reactor core a large number of fuel assemblies arranged around the control rods to be replaced. Therefore, reactor shutdowns occur frequently to replace control rods, and the shutdown period becomes long, which can significantly reduce the operating efficiency and economic efficiency of the reactor, while also significantly increasing management effort. .

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、原子炉用制御棒全体の反応度価値を高めるととも
に、原子炉停止余裕が低下しがちな領域に、特に反応度
が高く、または長寿命を有する中性子吸収材を部分的に
配設することによって、安価で効果的に原子炉停止余裕
を増大化し、かつ核的!9QIの長期化を図り得る長寿
命型原子炉用制御棒を提供することを目的とする。
The present invention was made in order to solve the above problems, and it increases the reactivity value of the entire control rod for a nuclear reactor, and also provides a control rod with particularly high reactivity in a region where reactor shutdown margin tends to decrease. Alternatively, by partially installing long-life neutron absorbing materials, it is possible to inexpensively and effectively increase the margin for reactor shutdown, and eliminate nuclear damage! The purpose of this invention is to provide a long-life reactor control rod that can prolong 9QI.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(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、軸方向に所定間隔をお
いて複数の結合部材を配設し、上記結合部材を介して複
数の矩形のウィングの内側端を互いに結合させるととも
に、上記ウィングの幅方向に穿設された収容穴を、上記
ウィングの挿入先端から縦方向に炉心の軸方向全長に相
当する長さLに渡り多数列状に配設し、上記収容穴に中
性子吸収材を充填した原子炉用制御11捧において、上
記ウィングの挿入先端部と内側縁部および外側縁部に位
置する複数の収容穴に長寿命型中性子吸収材を充填して
第1領域を形成し、上記第1領域に隣接して縦方向に第
2領域を形成し、第2領域の下端から挿入先端までの長
さは1/4Lないし1/2Lに設定し、上記第2領域に
位置する収容穴に中性子吸収能力が大きな高反応度中性
子吸収材を充填する一方、長寿命型中性子吸収材を充填
した上記内側縁部の下端から軸方向に第2領域の下端ま
での範囲内に配設された結合部材間に中性子吸収体を介
装したことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A nuclear reactor control rod according to the present invention includes a plurality of connecting members arranged at predetermined intervals in the axial direction, and a plurality of rectangular wings connected via the connecting members. The inner ends are joined to each other, and accommodation holes bored in the width direction of the wing are arranged in multiple rows from the insertion tip of the wing in the vertical direction over a length L corresponding to the entire axial length of the reactor core. In the reactor control unit 11 in which the accommodation hole is filled with a neutron absorbing material, the plurality of accommodation holes located at the insertion tip, inner edge, and outer edge of the wing are filled with a long-life neutron absorbing material. a first region is formed, a second region is formed in the longitudinal direction adjacent to the first region, and the length from the lower end of the second region to the insertion tip is set to 1/4L to 1/2L. , the accommodation hole located in the second region is filled with a highly reactive neutron absorbing material having a large neutron absorption capacity, while the accommodation hole located in the second region is filled in the second region in the axial direction from the lower end of the inner edge filled with the long-life neutron absorbing material. It is characterized in that a neutron absorber is interposed between the coupling members disposed within the range up to the lower end.

(作用) 本発明に係る原子炉用制御棒は、各ウィングの幅方向に
穿設された収容穴をウィングの縦方向に多数列状に配設
しており、上記ウィングの挿入方向先端部と内側縁部お
よび外側縁部の領域に位置する収容穴に長寿命型中性子
吸収材を充填した第1領域を形成しているため、運転中
において中性子照射量が特に高い挿入先端部の第1領域
においても中性子吸収能力が長期間衰えず核的寿命が長
い。したがって、原子炉用制御棒全体としての寿命を大
幅に延伸することができる。
(Function) The control rod for a nuclear reactor according to the present invention has accommodation holes drilled in the width direction of each wing arranged in multiple rows in the longitudinal direction of the wing, and the tip of the wing in the insertion direction. Since the first region filled with a long-life neutron absorbing material is formed in the accommodation holes located in the inner edge and outer edge regions, the first region of the insertion tip receives a particularly high amount of neutron irradiation during operation. The neutron absorption capacity does not decline for a long time and the nuclear lifetime is long. Therefore, the life of the entire nuclear reactor control rod can be significantly extended.

また、原子炉用制御棒を炉心に全挿入した状態において
使用する場合、原子炉用制御棒の第1領域に隣接して縦
方向に設けられた第2領域に対応する燃料集合体内部に
おける核反応はボイド現象によって抑制されるため、そ
の領域における核燃料の残存量が多い。そのうえ、プル
トニウムの生成反応によって核分裂性物質の濃度が高ま
っている。しかし、その第2領域に高反応度中性子吸収
材が充填されているため、原子炉を長期間運転した後に
おいても、第2領域における中性子吸収材。
In addition, when the reactor control rod is used with the reactor control rod fully inserted into the reactor core, the core inside the fuel assembly corresponding to the second region provided vertically adjacent to the first region of the reactor control rod is Since the reaction is suppressed by the void phenomenon, there is a large amount of nuclear fuel remaining in that area. Moreover, the reactions that produce plutonium increase the concentration of fissile material. However, since the second region is filled with a highly reactive neutron absorber, even after the reactor has been operated for a long period of time, the neutron absorber in the second region.

の反応度価値が保持される。したがって、原子炉用制御
棒全体の全挿入時における原子炉停止余裕も十分に確保
することができる。
The reactivity value of is retained. Therefore, a sufficient margin for reactor shutdown can be ensured when all reactor control rods are fully inserted.

さらに、原子炉用制御棒を炉心内に挿入した状態におい
て、原子炉停止余裕が低下する範囲、すなわち長寿命型
中性子吸収材を充填したウィングの内側縁部の下端から
軸方向に第2領域の下端までの範囲内に配設された結合
部材間に中性子吸収体を介装しているため、その範囲に
おける中性子吸収効果が増大し、原子炉停止余裕を大幅
に向上することができる。
Furthermore, when the reactor control rods are inserted into the reactor core, a second region is defined in the axial direction from the lower end of the inner edge of the wing filled with long-life neutron absorbing material, which is the range where the reactor shutdown margin is reduced. Since the neutron absorber is interposed between the coupling members disposed within the range up to the lower end, the neutron absorption effect in that range increases, and the reactor shutdown margin can be significantly improved.

一方、挿入状態においても原子炉停止余裕の低下が少な
い下部領域における結合部材間には、中性子吸収体を介
装せず、結合部材間には、減速材である炉水が十分充満
する。そのため、充満部分に対向する燃料集合体の角部
における出力低下が抑制され、反対に引抜時においては
出力の急激な上昇が緩和される。
On the other hand, no neutron absorber is interposed between the connecting members in the lower region where the reactor shutdown margin is less reduced even in the inserted state, and the space between the connecting members is sufficiently filled with reactor water, which is a moderator. Therefore, a decrease in output at the corner of the fuel assembly facing the filled portion is suppressed, and on the other hand, a sudden increase in output is alleviated when the fuel assembly is withdrawn.

また、長寿命または高反応度を有する高価な中性子吸収
材は第1〜第2領域に必要最少量を限定的に配設してい
るため原子炉用制御棒全体の製作費を安価にすることが
できる。
In addition, the minimum required amount of expensive neutron absorbing material with long life or high reactivity is provided in the first and second regions, thereby reducing the manufacturing cost of the entire reactor control rod. Can be done.

(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
添付図面を参照して説明する。
(Example) Hereinafter, an example of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明に係る原子炉用制御棒のウィングを部
分的に破断して示す正面図である。
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a wing of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention.

本実施例の原子炉用制御棒Aは、軸方向に所定間隔をお
いて複数の結合部材1を配設し、上記結合部材1を介し
て複数のウィング2を固着して構成される。具体的には
ステンレス鋼板で形成された4枚の矩形のウィング2の
内側端を結合部材1を介して互いに結合して横断面十字
形に構成され、挿入先端部には操作用のハンドル3が固
着されている。一方、図示しない挿入末端部には末端構
造材が取付けられている。各ウィング2の幅方向には収
容穴4が穿設され、この収容穴4は各ウィング2の縦方
向に炉心の軸方向全長しに対応する長さで多数列状に配
設され、この収容穴4内に各種の特性を有する中性子吸
収材が充填される。
The nuclear reactor control rod A of this embodiment is constructed by arranging a plurality of coupling members 1 at predetermined intervals in the axial direction and fixing a plurality of wings 2 via the coupling members 1. Specifically, the inner ends of four rectangular wings 2 made of stainless steel plates are connected to each other via a connecting member 1 to form a cross-shaped cross section, and a handle 3 for operation is provided at the insertion tip. It is fixed. On the other hand, an end structure member is attached to the insertion end portion (not shown). Accommodation holes 4 are bored in the width direction of each wing 2, and the accommodation holes 4 are arranged in multiple rows in the longitudinal direction of each wing 2 with a length corresponding to the entire axial length of the core. The holes 4 are filled with neutron absorbing materials having various properties.

ザなわら、各ウィング2の挿入先端部と内側縁部および
外側縁部の領域に位置する収容穴4には、長寿命型中性
子吸収材αが充填されて第1領域Xが形成される。ここ
で、第1領域Xの挿入先端部の長さJlは挿入先端部か
ら5〜15cIR程度である。
In addition, the accommodation holes 4 located in the insertion tip, inner edge, and outer edge regions of each wing 2 are filled with a long-life neutron absorbing material α to form a first region X. Here, the length Jl of the insertion tip of the first region X is about 5 to 15 cIR from the insertion tip.

また、ウィング2の第1領域Xの外側縁において、長寿
命型中性子吸収材αを充填する領域の幅W は1〜2O
程度であり、その長ざA4は、常に挿入状態で使用され
る原子炉用制御棒においては炉心の軸方向全長しの少な
くとも1/2以上である。
Furthermore, at the outer edge of the first region X of the wing 2, the width W of the region filled with the long-life neutron absorber α is 1 to 2O
In a nuclear reactor control rod that is always used in an inserted state, the length A4 is at least 1/2 or more of the total axial length of the reactor core.

一方、第1領域Xの内側縁において、長寿命型中性子吸
収材αを充填する領域の幅W2は0.5〜1.5cm程
度が適切であり、また充填する長さ第5は挿入先端部か
ら15〜301f′1度である。
On the other hand, at the inner edge of the first region from 15 to 301f'1 degree.

ここで、長寿命型中性子吸収材αとしては、ハフニウム
金属、ハフニウム−ジルコニウム合金、銀−インジウム
−カドミウム合金、ハフニウム酸化物、あるいはユーロ
ピウム酸化物、ジスプロシウム酸化物などの希土類酸化
物より選択された1種類または2種類以上の物質を含む
粉末状または固形状の中性子吸収材が採用され、中性子
照射強度、運転期間等を考慮して最適な組合せが決定さ
れる。
Here, the long-life neutron absorber α is one selected from hafnium metal, hafnium-zirconium alloy, silver-indium-cadmium alloy, hafnium oxide, or rare earth oxide such as europium oxide or dysprosium oxide. Powdered or solid neutron absorbing materials containing one or more types of substances are employed, and the optimal combination is determined in consideration of neutron irradiation intensity, operating period, etc.

以上のような構成によると、原子炉運転中において中性
子照射mが特に多い挿入先端部の第1@域Xにおいても
、中性子吸収能力が長期間に亘り継続し、核的寿命が長
い。したがって、原子炉用制御棒A全体としての寿命を
大幅に延伸することが可能となる。
According to the above configuration, even in the first region X of the insertion tip where neutron irradiation m is particularly high during reactor operation, the neutron absorption ability continues for a long period of time, and the nuclear lifetime is long. Therefore, it becomes possible to significantly extend the life of the reactor control rod A as a whole.

また、上記長寿命型中性子吸収材αは、粉末状の原料で
もよいが、例えば粉末状の原料を焼結して調製した固形
状の焼結体とし、その焼結体を収容穴4に挿入できる形
状に成形した場合は、中性子吸収材の充填または抜出し
作業を行なう場合の操作性が優れる。
Further, the long-life neutron absorbing material α may be a powdered raw material, but for example, it may be a solid sintered body prepared by sintering a powdered raw material, and the sintered body is inserted into the accommodation hole 4. When it is molded into a shape that can be used, the operability when filling or extracting the neutron absorbing material is performed is excellent.

次に、第2領域Y部分の構成を説明する。Next, the configuration of the second region Y portion will be explained.

第2領域Yは、第1領域Xに隣接して縦方向に形成され
、第2領域Yの下端から挿入先端部までの長さj!2は
、炉心の軸方向の全長しの1/4ないし1/2程度であ
る。その第2領域Yに位置する収容穴4には、好適な例
として中性子吸収能力が大きな高反応度中性子吸収材β
が充填される。
The second region Y is formed in the vertical direction adjacent to the first region X, and has a length j! from the lower end of the second region Y to the insertion tip. 2 is about 1/4 to 1/2 of the total axial length of the core. The accommodation hole 4 located in the second region Y is filled with a highly reactive neutron absorbing material β having a large neutron absorption capacity, as a preferable example.
is filled.

高反応度中性子吸収材βとしては、質量数10のボロン
を濃縮した粉末状のボロンカーバイドまたはユーロピウ
ム酸化物を主成分とした焼結体が採用される。
As the highly reactive neutron absorbing material β, a powdery boron carbide obtained by concentrating boron having a mass number of 10 or a sintered body mainly composed of europium oxide is employed.

原子炉用Ill all棒Aを炉心に全挿入した状態に
おいて使用する場合、原子炉用制御棒Aの第1領域Xに
隣接して縦方向に設けられた第2#4域Yに対応する燃
料集合体内部における核反応はボイド現象によって抑制
されるため、その領域における核燃料の残存量が多い。
When using the Ill all rod A for a nuclear reactor in a state where it is fully inserted into the reactor core, the fuel corresponding to the second #4 region Y provided vertically adjacent to the first region X of the control rod A for the reactor. Nuclear reactions inside the assembly are suppressed by the void phenomenon, so there is a large amount of nuclear fuel remaining in that area.

そのうえ、プルトニウムの生成反応によって核分裂性物
質の濃度が高まり、必然的に原子炉停止余裕が低下する
領域となる。
Furthermore, the concentration of fissile material increases due to the plutonium production reaction, resulting in an area where the margin for reactor shutdown inevitably decreases.

しかしながら、第2領域Yの収容穴4に充填されたボロ
ンカーバイドまたはユーロピウム酸化物などの高反応度
中性子吸収材βの作用により、長期間に亘って高い反応
度価値が保持される。したがって、原子炉を長期間運転
した後においても、原子炉用制御棒全体として原子炉停
止余裕を十分に確保することができる。
However, due to the action of the highly reactive neutron absorber β such as boron carbide or europium oxide filled in the accommodation hole 4 of the second region Y, a high reactivity value is maintained for a long period of time. Therefore, even after the reactor has been operated for a long period of time, a sufficient margin for reactor shutdown can be ensured for the reactor control rod as a whole.

なお、各ウィング2の第2領[Yの下端から末端構造材
までの範囲に形成された第3領域Zに位置する収容穴4
には例えば天然ボロンγなどの安価で軽量な中性子吸収
材が充填される。この第3領域Zの長さl は第2領域
Yまでの長さ12によって変化するが、炉心軸方向の全
長りの1/2ないし3/4程度である。
In addition, the accommodation hole 4 located in the third region Z formed in the range from the lower end of the second region [Y to the terminal structural member of each wing 2]
is filled with an inexpensive and lightweight neutron absorbing material such as natural boron gamma. The length l of this third region Z varies depending on the length 12 to the second region Y, but is approximately 1/2 to 3/4 of the total length in the core axis direction.

また、本実施例の原子炉用制御棒は、長期間の原子炉運
転後において、原子炉停止余裕が低下する範囲の制御棒
軸心部にも、中性子吸収体を配設している。すなわち、
長寿命型中性子吸収材αを充填したウィングの内側縁部
の下端から軸方向に第2領域Yの下端までの範囲内に配
設された結合部材間に中性子吸収体5を介装している。
Furthermore, in the nuclear reactor control rod of this embodiment, a neutron absorber is also disposed at the control rod shaft center in a range where the reactor shutdown margin decreases after a long period of reactor operation. That is,
A neutron absorber 5 is interposed between coupling members disposed within a range from the lower end of the inner edge of the wing filled with the long-life neutron absorber α to the lower end of the second region Y in the axial direction. .

この中性子吸収体5は、ハフニウムメタルまたはハフニ
ウムを主体としたジルコニウムとの合金材で断面十字形
に形成され、第2図に示すように各ウィング2の内側縁
部および上下の結合部材1によって保持される。ハフニ
ウムまたはハフニウム合金によれば、被覆材を装着せず
に使用できるため、中性子吸収体5の加工調製が容易で
ある。
The neutron absorber 5 is made of hafnium metal or an alloy material mainly composed of hafnium and zirconium and has a cross-shaped cross section, and is held by the inner edge of each wing 2 and the upper and lower connecting members 1 as shown in FIG. be done. Since hafnium or a hafnium alloy can be used without a covering material, processing and preparation of the neutron absorber 5 is easy.

なお、一般にステンレス鋼で形成されたウィング2はハ
フニウム材との溶接が困難であり、一方、中性子吸収体
5の側縁を各ウィング2の側縁に溶接等によるで全線に
亘り固着すると、原子炉用制御棒の剛性が過大となるお
それがある。
Generally, the wings 2 made of stainless steel are difficult to weld with hafnium material. On the other hand, if the side edges of the neutron absorber 5 are fixed to the side edges of each wing 2 along the entire line by welding, etc., atoms There is a risk that the rigidity of the reactor control rod will become excessive.

そのため第2図のように、ウィング2側縁に凹陥溝6を
形成する一方、中性子吸収体5の突起部に凸部7を形成
し、凹陥溝6に凸部7を嵌着することにより、中性子吸
収体5をウィング2間に挟持する構造がよい。
Therefore, as shown in FIG. 2, by forming a concave groove 6 on the side edge of the wing 2, and forming a convex part 7 on the protrusion of the neutron absorber 5, and fitting the convex part 7 into the concave groove 6, A structure in which the neutron absorber 5 is sandwiched between the wings 2 is preferable.

また、中性子吸収体5は、組立作業を容易にするために
、結合部材1,1間において複数個に分割して構成して
もよい。さらに第2図において中性子吸収体5は、中実
のハフニウム材で構成されているが、内部に減速材の流
路を形成し、中性子減速効果を得るように構成すること
もできる。
Further, the neutron absorber 5 may be divided into a plurality of pieces between the coupling members 1, 1 to facilitate assembly work. Further, in FIG. 2, the neutron absorber 5 is made of a solid hafnium material, but it can also be configured to have a moderator flow path formed therein to obtain a neutron moderating effect.

本実施例の原子炉用制御棒によれば、原子炉停止余裕が
低下する制御棒の上部領域の結合部材1間に中性子吸収
体5を介装したため、その部分の原子炉停止余裕の低下
が十分に補償される。
According to the reactor control rod of this embodiment, since the neutron absorber 5 is interposed between the connecting members 1 in the upper region of the control rod where the reactor shutdown margin is reduced, the reduction in the reactor shutdown margin in that area is reduced. be fully compensated.

一方、第2領域Yの下部に位置する結合部材1間には、
中性子吸収体5は介装せずに、Hil制御棒の軸心部に
減速材である炉水が占有する空間を確保する方が運転上
好ましい。
On the other hand, between the coupling members 1 located at the lower part of the second region Y,
It is preferable for operation to secure a space occupied by reactor water, which is a moderator, in the axial center of the Hil control rod without intervening the neutron absorber 5.

すなわち、高出力運転時に移行する際、制御棒の引抜き
前後において、!11111棒軸心に対向していた燃料
集合体の角部の燃料の出力上昇幅が低減され、熱衝撃が
少ない。すなわち、制御棒の軸心部における炉水量が増
加すると熱中性子束が上昇し、この結果、軸心部に隣接
する燃料集合体角部の燃料の出力が上品する。すなわち
、υ制御棒挿入状態でも、角部の燃焼遅れが減少するた
め、核分裂性物質の濃度も減少する。したがって、制御
棒引抜後における高出力運転に際しても、燃料集合体の
角部における出力が短時間に上昇することがなくなり、
燃料の健全性も併せて向上させることができる。
In other words, when transitioning to high-power operation, before and after withdrawing the control rod,! The increase in fuel output at the corner of the fuel assembly that was facing the 11111 rod axis is reduced, resulting in less thermal shock. That is, when the amount of reactor water at the axial center of the control rod increases, the thermal neutron flux increases, and as a result, the output of the fuel at the corner of the fuel assembly adjacent to the axial center improves. That is, even when the υ control rods are inserted, the combustion delay at the corners is reduced, so the concentration of fissile material is also reduced. Therefore, even during high-power operation after control rod withdrawal, the power at the corners of the fuel assembly will not increase in a short period of time.
The health of the fuel can also be improved.

次に、上記の原子炉用&IJIIl棒Aを使用した場合
の効果等について第3図を参照して説明する。
Next, the effects etc. when using the above-mentioned &IJIIl rod A for nuclear reactors will be explained with reference to FIG. 3.

第3図(B)は本実施例に係る原子炉用制御棒Aにおけ
る中性子吸収特性の軸方向分布を示すグラフであり、炉
心の軸方向の全長りに対応する原子炉用制御棒Aの各領
域X、Y、Zにおける反応度の相対値を示している。第
1領域Xには長寿命型中性子吸収材αを充填し、第2領
域Yには反応度の高い高反応度中性子吸収材βを充填し
、第3領域Zには天然ボロンγを充填している。
FIG. 3(B) is a graph showing the axial distribution of neutron absorption characteristics in the reactor control rod A according to this example, and shows each of the reactor control rods A corresponding to the total axial length of the reactor core. The relative values of reactivity in regions X, Y, and Z are shown. The first region ing.

なお、一般に、原子炉用制御棒の上端部近傍においては
、第3図(A)に示すように未臨界度が急に大きくなる
。この原因の1つは炉心端部からの中性子線の漏洩によ
る増倍率の低下であり、他の原因としては、炉心端部に
天然ウランまたは低濃縮度の核燃料を配設することによ
り炉心燃料の経済性を向上させようとする炉心設計方針
に起因する。その方針に対応して本実施例においても、
第3図(B)に示すように上端部を含む第1領域Xには
高反応度中性子吸収材βは配置せずに長寿命型中性子吸
収材αを充填して寿命の延伸化のみを図っている。
Generally, near the upper end of a nuclear reactor control rod, the degree of subcriticality suddenly increases as shown in FIG. 3(A). One of the causes of this is a decrease in the multiplication factor due to leakage of neutron beams from the core end, and another reason is that the core fuel is increased by placing natural uranium or low-enrichment nuclear fuel at the core end. This is due to core design policy aimed at improving economic efficiency. In accordance with this policy, in this example,
As shown in Figure 3 (B), the first region ing.

軸方向の中性子吸収特性の分布を第3図(B)に示すよ
うに構成した原子炉用制御棒を原子炉に装着し、所定期
間運転した後の炉心軸方向の未臨界度すなわち原子炉停
止余裕の分布を第31i4(C)に示す。第3図(A)
に示す従来例の場合と比較して炉心の−し半分における
未臨界度分布が改善され、原子炉用制御棒の軸方向全体
に亘ってほぼ一様な未臨界度曲線が得られ、原子炉停止
余裕が十分確保されることがわかる。
A nuclear reactor control rod with a distribution of neutron absorption characteristics in the axial direction as shown in Figure 3 (B) is attached to the reactor, and after operation for a predetermined period, subcriticality in the axial direction of the core, that is, reactor shutdown. The distribution of margin is shown in No. 31i4(C). Figure 3 (A)
The subcriticality distribution in the lower half of the reactor core has been improved compared to the conventional example shown in Figure 2, and an almost uniform subcriticality curve can be obtained over the entire axial direction of the reactor control rods. It can be seen that sufficient stop margin is secured.

なお、高反応度中性子吸収材βを充填した領域と天然ボ
ロンγを充填した領域との間に、両者の中間程度の反応
度を有する中性子吸収材、例えば低濃縮度のボロンカー
バイド、または、低濃度のユーロピウム酸化物(Eu2
O3 >などを充填した領域を介在させることによって
、未臨界度曲線をより平坦化することが可能である。ま
たは結合部材の間に介挿する中性子吸収体5を減肉した
り、または穿孔することによって中性子吸収能力を調整
して、平坦化することも可能であり、併せて高価な中性
子吸収材の使用研を低減し、製作費の低減を図ることも
できる。
In addition, between the region filled with the high-reactivity neutron absorber β and the region filled with natural boron γ, a neutron absorber having a reactivity intermediate between the two, such as low enrichment boron carbide or low concentration of europium oxide (Eu2
By intervening a region filled with O3>, etc., it is possible to further flatten the subcriticality curve. Alternatively, it is also possible to adjust the neutron absorption capacity and flatten the neutron absorber 5 inserted between the coupling members by reducing its thickness or perforating it, and in addition, it is possible to use an expensive neutron absorber. It is also possible to reduce grinding and production costs.

以上説明の通り、本実施例の原子炉用1IIIIII棒
によれば、反応度価値を充分維持すると共に長寿命化を
同時に達成することができる。
As explained above, according to the 1IIIIII rod for nuclear reactors of this embodiment, it is possible to sufficiently maintain the reactivity value and to achieve a long life at the same time.

したがって、原子炉を長期間にロリ運転する場合におい
ても、原子炉用&1m棒全体の反応度価値が操持され、
原子炉停止余裕も十分に確保することができる。
Therefore, even when operating a nuclear reactor for a long period of time, the reactivity value of the entire 1m rod for the reactor is maintained,
Sufficient margin for reactor shutdown can also be secured.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に係る原子炉用制御棒によれば、各ウィングの挿
入先端から縦方向に各領域に区分し、中性干魚1ffi
が多いウィングの挿入先端部と内側縁部および外側縁部
から成る第1領域の収容穴に長寿命型中性子吸収材を充
填しているため、その部分の核的寿命を延伸することが
可能である。また、ボイド現象およびプルトニウム生成
反応によって核分裂性物質の濃度が高まる部分に対応す
る原子炉用制御棒の第2領域に高反応度中性子吸収材が
充填されているため、長期間の運転後においても第2g
A域における中性子吸収材の反応度価値が保持される。
According to the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, each wing is divided into each area in the vertical direction from the insertion tip, and 1ffi of neutral dried fish is
The accommodation hole in the first region, which consists of the insertion tip, inner edge, and outer edge of the wing, which has a large be. In addition, the second region of the reactor control rod, which corresponds to the part where the concentration of fissile material increases due to void phenomena and plutonium production reactions, is filled with highly reactive neutron absorbing material, so even after long-term operation, 2nd g
The reactivity value of the neutron absorber in region A is maintained.

したがって、原子炉用制御棒全体の全挿入時における原
子炉停止余裕を十分に確保することができる。
Therefore, it is possible to secure a sufficient margin for reactor shutdown when all reactor control rods are fully inserted.

また、高価な長寿命型中性子吸収材および高反応度中性
子吸収材は、必要最少量を局所的に充填しているため、
原子炉用制御棒を安価に製作することができる。
In addition, expensive long-life neutron absorbers and highly reactive neutron absorbers are locally filled in the minimum necessary amount, so
Control rods for nuclear reactors can be manufactured at low cost.

また、原子炉用Ill lft棒を炉心内に挿入した状
態において原子炉停止余裕が特に低下する範囲、すなわ
ち長寿命型中性子吸収材を充填したウィングの内側縁部
の下端から軸方向に第2領域の下端までの範囲内に配設
された結合部材間に中性子吸収体を介装しているため、
その範囲内における中性子吸収効果が増大する。
In addition, there is a second region in the axial direction from the lower end of the inner edge of the wing filled with long-life neutron absorbing material, which is the region where the reactor shutdown margin is particularly reduced when the Ill lft rod for the reactor is inserted into the reactor core. Since the neutron absorber is interposed between the connecting members arranged within the range up to the lower end of the
The neutron absorption effect within that range increases.

したがって本発明によれば、原子炉停止余裕が効果的に
改善され、製作費も安価である。特に、原子炉燃料の高
燃焼度化に対応する濃縮度の、F昇に伴う原子炉停止余
裕の不足問題が解消され、原子炉の安全停止8N能が保
証される。
Therefore, according to the present invention, the reactor shutdown margin is effectively improved and the manufacturing cost is also low. In particular, the problem of insufficient reactor shutdown margin due to F increase in enrichment corresponding to higher burnup of reactor fuel is resolved, and safe shutdown capability of 8N of the reactor is guaranteed.

一方、核的寿命を大幅に延伸できることから、運転サイ
クルが長期化する原子炉に積極的に採用することが可能
であり、原子カプラント運転の軽済性を著しく向上する
ことができる。
On the other hand, since the nuclear lifetime can be significantly extended, it can be actively adopted in nuclear reactors with long operating cycles, and the cost efficiency of nuclear couplant operation can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例4部分
的に破断して示す正面図、第2図は第1図における■−
■矢視断面図、第3図(A)は従来の原子炉用制御棒を
使用して原子炉を所定期間運転した場合の原子炉停止余
裕の軸方向分布を示すグラフ、第3図(B)は本発明に
係る原子炉用制御棒における中性子吸収特性の軸方向分
布を示すグラフ、第3図(C)は本発明に係る原子炉用
lll11御棒を使用して原子炉を所定期間運転した場
合の原子炉停止余裕の軸方向分布を従来例と比較して示
すグラフである。 1・・・結合部材、2・・・ウィング、3・・・ハンド
ル、4・・・収容穴、5・・・中性子吸収体、6・・・
凹陥溝、7・・・凸部、A・・・原子炉用制御棒、H・
・・挿入先端、L・・・炉心の軸方向全長、α・・・長
寿命型中性子吸収材、β・・・高反応度中性子吸収材、
γ・・・天然ボロン、X・・・第1領域、Y・・・第2
領域、Z・・・第3領域、11・・・第1fI4t4の
上端部の長さ、12・・・第2領域下端から挿入先端ま
での長さ、第3・・・第3領域の長さ、第4・・・長寿
命型中性子吸収材を充填したウィングの外側縁の長さ、
15・・・長寿命型中性子吸収材を充填したウィングの
内側縁の長さ。 出願人代理人   波 多 野   久第1図
FIG. 1 is a partially cutaway front view of Embodiment 4 of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention, and FIG.
■A sectional view in the direction of arrows, Figure 3 (A) is a graph showing the axial distribution of the reactor shutdown margin when the reactor is operated for a predetermined period using conventional reactor control rods, Figure 3 (B) ) is a graph showing the axial distribution of neutron absorption characteristics in the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, and FIG. 12 is a graph showing the axial distribution of the reactor shutdown margin in comparison with a conventional example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Coupling member, 2... Wing, 3... Handle, 4... Accommodation hole, 5... Neutron absorber, 6...
Concave groove, 7...Protrusion, A...Reactor control rod, H.
...Insertion tip, L...Total length in the axial direction of the reactor core, α...Long-life neutron absorber, β...Highly reactive neutron absorber,
γ...Natural boron, X...First region, Y...Second
Area, Z... Third area, 11... Length of the upper end of 1st fI4t4, 12... Length from the lower end of the second area to the insertion tip, 3rd... Length of the third area , 4th... Length of the outer edge of the wing filled with long-life neutron absorbing material,
15...Length of the inner edge of the wing filled with long-life neutron absorber. Applicant's agent Hisashi Hatano Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、軸方向に所定間隔をおいて複数の結合部材を配設し
、上記結合部材を介して複数の矩形のウィングの内側端
を互いに結合させるとともに、上記ウィングの幅方向に
穿設された収容穴を、上記ウィングの挿入先端から縦方
向に炉心の軸方向全長に相当する長さLに渡り多数列状
に配設し、上記収容穴に中性子吸収材を充填した原子炉
用制御棒において、上記ウィングの挿入先端部と内側縁
部および外側縁部に位置する複数の収容穴に長寿命型中
性子吸収材を充填して第1領域を形成し、上記第1領域
に隣接して縦方向に第2領域を形成し、第2領域の下端
から挿入先端までの長さは1/4Lないし1/2Lに設
定し、上記第2領域に位置する収容穴に中性子吸収材を
充填する一方、長寿命型中性子吸収材を充填した上記内
側縁部の下端から軸方向に第2領域の下端までの範囲内
に配設された結合部材間に中性子吸収体を介装したこと
を特徴とする原子炉用制御棒。 2、結合部材間に介装した中性子吸収体は、ハフニウム
またはハフニウム合金であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の原子炉用制御棒。 3、長寿命型中性子吸収材は、ハフニウム(Hf)金属
、ハフニウム−ジルコニウム(Hf−Zr)合金、銀−
インジウム−カドミウム(Ag−In−Cd)合金、ハ
フニウム酸化物(HfO_2)、ユーロピウム酸化物(
Eu_2O_3)、ジスプロシウム酸化物(Dy_2O
_3)より選択された1種類または2種類以上の物質を
含む固形状吸収材であり、上記固形状吸収材は収容穴の
形状に成形されてなる特許請求の範囲第1項記載の原子
炉用制御棒。 4、第2領域に位置する収納穴に充填する中性子吸収材
は、質量数10のボロン(B−10)を濃縮したボロン
カーバイドである特許請求の範囲第1項記載の原子炉用
制御棒。 5、第2領域に位置する収納穴に充填する中性子吸収材
は、ユーロピウム酸化物(Eu_2O_3)を主成分と
する焼結体である特許請求の範囲第1項記載の原子炉用
制御棒。
[Claims] 1. A plurality of coupling members are arranged at predetermined intervals in the axial direction, and the inner ends of the plurality of rectangular wings are coupled to each other via the coupling members, and the inner ends of the wings are connected in the width direction of the wings. A number of accommodation holes are arranged in a row from the insertion tip of the wing in the vertical direction over a length L corresponding to the entire axial length of the core, and the accommodation holes are filled with a neutron absorbing material. In the reactor control rod, a plurality of accommodation holes located at the insertion tip, inner edge, and outer edge of the wing are filled with a long-life neutron absorbing material to form a first region, and the first region is filled with a long-life neutron absorbing material. A second region is formed adjacently in the longitudinal direction, the length from the lower end of the second region to the insertion tip is set to 1/4L to 1/2L, and a neutron absorbing material is placed in the accommodation hole located in the second region. and a neutron absorber is interposed between the coupling members disposed in the range from the lower end of the inner edge filled with the long-life neutron absorber to the lower end of the second region in the axial direction. A nuclear reactor control rod featuring: 2. The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the neutron absorber interposed between the connecting members is made of hafnium or a hafnium alloy. 3. Long-life neutron absorbers include hafnium (Hf) metal, hafnium-zirconium (Hf-Zr) alloy, silver-
Indium-cadmium (Ag-In-Cd) alloy, hafnium oxide (HfO_2), europium oxide (
Eu_2O_3), dysprosium oxide (Dy_2O
_3) A solid absorbent material containing one or more kinds of substances selected from control rod. 4. The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the neutron absorbing material filled in the storage hole located in the second region is boron carbide enriched with boron (B-10) having a mass number of 10. 5. The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the neutron absorbing material filled in the storage hole located in the second region is a sintered body containing europium oxide (Eu_2O_3) as a main component.
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