JPS63289486A - 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） 本発明は原子炉の出力を調節制御する原子炉用制御棒に
係わり、特に長寿命型の原子炉用制御棒に関する。

（従来の技術） 原子炉用制御棒は、中央タイロッドに細長いＵ字状シー
スを取付けて形成した複数のウィング（ブレード）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
吸収棒はステンレス銅製の被覆管内にボロンカーバイド
（Ｂ４Ｃ）粉末を充填するとともに、被覆管内に粉末移
動防止用の仕切線を一定間隔で配置して構成されている
。

中性子吸収棒内に充填されたＢ４Ｃは使用中に中性子を
吸収して中性子吸収能力が次第に失われるが、その間に
ポロン１０（Ｂ−１０）が中性子と反応してＨｅガスを
発生させ、被覆管内の圧力を上昇させる。このような現
象が原因で、Ｂ４Ｃを用いる制御棒の寿命は比較的短か
かった。

本発明者等はＢ４Ｃの他に、高価で重量の大きな長寿命
型の中性子吸収材（その好適な例はハフニウムである）
を少量だけ用いて制御棒の長寿命化に成功した（特開昭
５３−７４６９７号公報参照）が、その後、制御棒の長
寿命化に対する要請は一段と高ってきたことに伴い、本
発明者等はＢ４Ｃを用いないで、最も優れた特性を有す
るハフニウム（Ｈｆ）の平板を２枚対として用いるＨｆ
板トラップ型の制御棒を開発した（特願昭６１−７８７
４６号参照）。

Ｈｆ制御棒の長所は高温高圧の原子炉内で被覆材なしに
使用できる点と、Ｂ４Ｃなどに比べて格段に長寿命であ
る点にあるが、中性子吸収能力がＢ、Ｃに比べてやや小
さいことと、比重が大きいために従来の制御棒駆動ａｍ
がそのまま使えなくなるという欠点があった。

しかしながら上述のＨｆ板ヒトラップ型制御棒において
も、２枚のＨｆ板間に減速材である水を導入すると、そ
の水の中性子減速効果により制御棒の反応度価値が向上
するので、その分、Ｈｆ板を薄くすることができ、その
結果、従来型の制御棒駆動機構をそのまま使用できる。

Ｈｆ板ヒトラップ型制御棒を用いた臨界実験装置により
モックアツプ実験を行ったところ、２枚のＨｆ板間の水
ギャップの幅が広い程、反応度価値は上昇することが実
証された。これは水ギャップが広いほどＨｆ板を薄くで
きることを示している。

実際の制御棒では、制御棒の厚さく深いＵ字状シースの
表面間距離）はほぼ８ｍｍであり、それよりも大幅に厚
くすることは不可能であるため、Ｈｆ板トラップ型制御
棒に更に改良を加えようとすると、シースをより薄くし
、Ｈｆ板はシース内面に密着することになる。もし、こ
のような改良を加えると、シースが薄くなる点でシース
の機械的強度不足を来たす危険性が高まることになる。

巨大地震時に制御棒を緊急挿入する場合を想定すると、
もし強度不足であれば、制御棒に異常な曲りが生じるな
どして、緊急挿入に支障をきたす恐れがある。

また、Ｈｆ板を薄くすることは、曲り易くなることも意
味している。もし、Ｈｆ板が曲がって、それらの間に設
けた水ギャップが狭くなったとすると、制御棒の反応度
価値は低下する。従って、Ｈｆ板が中性子照射によって
万一、水ギャップが狭くなる方向に曲がったとすると、
制御棒反応度価値は予想以上に早く低下することになる
。即ち、せっかく改良した筈の制御棒が、現実には逆効
果を生じることも考えられる。また、もし、シースとＨ
ｆ板とが密着したとすると、シースとＨｆ板との間に閉
じ込められた冷却水は死水（静止水）となり、冷却効果
がなくなるだけでなく、電気化学的に電池効果が形成さ
れ、耐腐蝕性が低下する。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように、中性子に対する特性、即ち、核特性を更
に改良するために、シースを薄くし、Ｈｆ板も薄くして
シースに内面から密着させるように構成したとすると、 ■シースの強度不足の゛原因となる。

■Ｈｆ板が曲がり易くなり、Ｈｆ板間の水ギヤツプ幅の
不測・の低下により核特性の低下の原因となる。

■冷却水が死水となり、冷却効果がなくなるとともに、
電気化学的な悪影響も予想される。

という問題がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、シー
ス強度の低下を防止し、Ｈｆ板の曲がりにともなう不測
の反応度価値の低下を生じさせることなく、しかも冷却
水が死水化しないＨｆ板ヒトラップ型原子炉用制御棒を
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） 本発明に係わる原子炉用制御棒では、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、この中央タ
イロッドの各突出部に深いＵ字状断面を有するシースを
固設し、これらのシース内に板状の中性子吸収要素を挿
入する。各中性子吸収要素は複数枚のＨｆ中性子吸収板
の組で構成され、各Ｈｆ板間には減速材兼冷却材として
の水を導く空隙がスペーサによって形成される。このス
ペーサは、中性子吸収要素とそれを内包するシースとが
制御棒に必要な機械的強度を与えるとともに、Ｈｆ板間
のギャップ幅が低減しないように分散して配置したコマ
形スペーサと、中央タイロッドの軸方向に沿って配列し
た１本または複数本の線状スペーサとからなる。

中性子吸収板の外表面とシース内表面との間は、ディン
ブリングあるいはワッシャ状のスペーサによって離間さ
れ、通水可能とされている。また中性子吸収板と中央タ
イロッド、先端構造材および末端構造材との間も、それ
らに面とり加工を施すなどして通水可能としている。

なお、減速材の流路を介してシース内に対向して配設さ
れた中性子吸収要素の軸方向に隣接する各中性子吸収片
間に形成される間隙は、対向する中性子吸収片によって
相互にマスキングされるよう構成するのが望ましい。

（作用） 本発明に係わる原子炉用制御棒は長寿命型中性子吸収材
の最も代表的なハフニウムを用いているため、寿命が長
い。

また、中性子吸収材を平板状とし、これらの平板間に冷
却材兼減速材が導入されるが、これらはいずれも反応度
価値を高める特性を有しているため、反応度価値が高く
でき、ないしは反応度価値を一定に保つ場合には密度の
大きい（１３，３（１／ＣＩ’　）、かつ高価なハフニ
ウム材の使用量を低減できる。

また、スペーサとしては分散配置したコマ形スペーサの
ほか、中央タイロッドの軸方向に沿って線状スペーサを
配置しであるので、各ブレードの曲げ耐力は大幅に向上
している。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の原子炉用制御棒の全体構成の概略を示
すもので、原子炉用側＃棒の中心に配置され、軸線方向
に延びる中央タイロッド１は横断面が十字状をしており
、その４条の突出部にはそれぞれ横断面がほぼＵ字状の
シース２からなるブレードが固着されている。

上記中央タイロッド１と４枚のシース２の上、下端には
それぞれ先端構造材３と末端構造材４が固着されている
。また、先端構造材３の４枚のブレード部の両面にはガ
イドローラ５が取付けられている。

各ブレードを構成するシース２の内面には２枚の中性子
吸収板６が第２図に示すように、互いに対向するよう取
付けられており、これらの中性子吸収板の間にはコマ型
スペーサ７が分散して介挿されるとともに、線状スペー
サ８がブレードの長さ方向に沿って設けられ、２枚の中
性子吸収板６の間に所定の間隔を確保する共に、ブレー
ドの補強を行う。

中性子吸収板６には、第１図に示すように対向する中性
子吸収板６間の空隙に減速材（冷却材）を導くための通
水孔９が設けられており、また、シース２には、シース
と中性子吸収板６との間の間隙に減速材を導くための通
水孔１０が設けられている。なお、シース２の上端近傍
には先端構造材用通水孔１１が、シース２の下端近傍に
は末端構造材用通水孔１２が、また、シース２の内端近
傍にはタイロッド側面用通水孔１３がそれぞれ透設され
ている。

Ｈｆ板から成る中性子吸収板６とステンレス鋼等からな
るシース２や中央タイロッド１とは熱膨張率が相違して
いるので、これを効果的に吸収できるよう、中性子吸収
板６は第３図に示すように長さ方向（上下方向）に複数
片ずつに分割されており、かつ隣接する分割片６ａ、６
ｂ、６Ｃ・・・の間にはそれぞれ熱膨張差吸収用のギャ
ップＧが設けられている。

各ブレードは中央タイロッド１によって補強される内側
（中央側）に比較すると外側の方が機械的に弱いので、
コマ型スペーサ７の配置個数を内側よりも外側で多くな
るよう（第３図の例では各分割片当り内側２個に対して
外側３個）配置するとともに、線状スペーサ８もブレー
ドの外側近傍に配置するのが望ましい、なお、線状スペ
ーサ８は外側のコマ型スペーサ７に溶接等によって固着
されている。

前述のシース２と中性子吸収板６の間隙Ｓはそれらの間
の死水を防止するもので、第２図や第４図に示すように
、シース２に内側に向けて０．２〜０、３ｕ＋程度のデ
ィンブリング２ａを設けることによって形成され、１日
ないし数日で１回入替わる程度の通水が確保される。も
つとも、この間隙形成はディンブリング２ａに依存する
ことは必ずしも必要ではなく、場合によってはワッシャ
状スペーサ（図示せず）の使用によって代替してもよい
。

また前述の通水孔１１〜１３は先端構造材３、末端構造
材４あるいは中央タイロッド１の近傍における死水の発
生を防止するものである。

また、中央タイロッド側端部や中性子吸収板６の中央タ
イロッド側の角部にはそれぞれ必要に応じて、第４図に
示すように、面とり１ａ、６ｄが施され、通水孔１３を
流れる水の流水抵抗の低減が図られている。

コマ型スペーサ７は、第５図に例示するように円盤部７
ａと、その両側から突出する取付は用の円柱部７ｂとか
らなり、円盤部７ａの両面にはその強度を極端に低下さ
せないことを条件として適度の条数および深さの切込み
渭７ｃが、例えは井桁状に刻設されている。これらの切
込み渭７ｃは第４図を参照すれば明らかなように、中性
子吸収板の両面間を連通させる上で機能する。また、コ
マ型スペーサ７の円柱部７ｂとこれを貫挿させる中性子
吸収板６の孔との間には熱膨張の差を吸収するためのギ
ャップＧ−が形成されている。

なお、コマ型スペーサ７の一部は第６図に示すようにＨ
ｆスペーサ１４で置換してもよい。これらのＨｆスペー
サは一方の中性子吸収板側に溶接や焼きばめ等によって
固着され、その長さは他端側が、対向する中性子吸収板
６の内面に接触する程度の高さとされている。

第６図の例では各中性子吸収板６には線状スペーサ８が
２本ずつ使用されており、それらの上下端はＨｆスペー
サ１４に固着されている。線状スペーサ８は直径３〜５
ｍｌｌ１程度のワイヤー状ハウニウム等からなり、ブレ
ードの横曲げ力に対する補強機能を発揮するとともに、
対向する中性子吸収板６間の間隔Ｇ−を確保する。

スベサー１４の材料としてハウニウムの代わりにステン
レス鋼を使用することもできるが、この場合は溶接など
の点から線状スペーサ８の材料としてはワイヤー状ステ
ンレス鋼が好適である。

［発明の効果］ 上述のように、本発明によれば、機械的強度に優れ、し
かも反応度低下を確実に防止できる原子炉用制御棒が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子炉用制御棒の実施例を示す斜視図
、第２図は第１図の■−■線に沿う横断面図、第３図は
第２図の■−■線に沿う縦断面図、第４図は第２図の一
部を拡大して示す横断面図、第５図は本発明におけるコ
マ型スペーサを例示する斜視図、第６図は本発明の他の
実施例を示す縦断面図である。 １・・・・・・・・・タイロッド ２・・・・・・・・・シース ３・・・・・・・・・先端構造材 ４・・・・・・・・・末端ｌＷ構造 材・・・・・・・・・ローラ ６・・・・・・・・・中性子吸収板 ７・・・・・・・・・コマ型スペーサ ８・・・・・・・・・線状スペーサ ２〜１３・・・通水孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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
   の断面を有するシースを固設してブレードを形成し、上
   記シース内に板状の長寿命型中性子吸収体を収容した原
   子炉制御棒において、前記中性子吸収体が中央タイロッ
   ドの軸方向に複数の中性子吸収要素に分割され、前記各
   中性子吸収要素が前記ブレードの肉厚方向に対向して配
   設される複数の中性子吸収板で構成され、さらにこの中
   性子吸収板間に減速材が流通する流路を形成するととも
   に、前記減速材の流路を、その端部が前記シースに固着
   され間隔保持端面が流路を保持するコマ型スペーサと、
   前記中性子吸収板間に介在する線状スペーサとにより保
   持するように構成したことを特徴とする原子炉用制御棒
   。
2. （２）中性子吸収体がハフニウム金属板からなり、これ
   らの中性子吸収体が中央タイロッドの軸方向に複数片に
   分割されてい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. （３）線状スペーサが対向する中性子吸収体の外側近傍
   に、中央タイロッドの軸方向に沿って配置されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の原子炉用制御棒。