JPS6371692A - Control rod for nuclear reactor - Google Patents

Control rod for nuclear reactor

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Publication number
JPS6371692A
JPS6371692A JP61215825A JP21582586A JPS6371692A JP S6371692 A JPS6371692 A JP S6371692A JP 61215825 A JP61215825 A JP 61215825A JP 21582586 A JP21582586 A JP 21582586A JP S6371692 A JPS6371692 A JP S6371692A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control rod
sheath
nuclear reactor
rod
tip
Prior art date
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Pending
Application number
JP61215825A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
岡田 孝継
誠之 嶋
菱田 護
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6371692A publication Critical patent/JPS6371692A/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

Landscapes

  • Vibration Dampers (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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) [Abstract] 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) 本発明は軽水炉内で発生する冷却水による腐食劣化を防
止した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 prevents corrosion and deterioration due to cooling water generated in a light water reactor.

(従来の技術) 軽水炉、特に沸騰水型原子炉用制御棒は第3図にその要
部を示したように構成されている。
(Prior Art) A control rod for a light water reactor, particularly a boiling water reactor, is constructed as shown in FIG. 3.

すなわち、従来の原子炉用fIIItII棒(以下、制
御棒という)は、4枚の縦長のブレード1が直交して十
字状に組立てられ、このブレード1の上端面に先端構造
材2が設けられ、この先端構造材2の上面にハンドル3
が取着されている。4枚のブレード1は図示しないセン
ターポストと称されるタイロッドに固定されており、ま
たブレード1の下端には図示してない制御棒駆動機構と
確実な結合ができるように結合ソケットを有している。
That is, a conventional fIIItII rod for a nuclear reactor (hereinafter referred to as a control rod) has four vertically long blades 1 orthogonally assembled in a cross shape, and a tip structure member 2 is provided on the upper end surface of the blade 1. A handle 3 is attached to the top surface of this tip structure material 2.
is attached. The four blades 1 are fixed to a tie rod (not shown) called a center post, and the lower end of the blade 1 has a coupling socket for secure connection with a control rod drive mechanism (not shown). There is.

なお、4枚のブレード1は第5図に示すようにU字状ス
テンレス鋼板のシース7内にて複数本の中性子吸収棒6
をそれぞれ並列配置してなり、これら中性子吸収棒6は
中性子吸収材としてボロンカーバイド粉末4をステンレ
スui4製細管5内に密に充填してなる。
As shown in FIG. 5, the four blades 1 are connected to a plurality of neutron absorption rods 6 within a sheath 7 made of a U-shaped stainless steel plate.
These neutron absorbing rods 6 are formed by densely filling boron carbide powder 4 as a neutron absorbing material into a thin tube 5 made of stainless steel U4.

なお、シース7の上端と先端構造材2とは連続スミ肉溶
接部8により溶着されている。
Note that the upper end of the sheath 7 and the tip structure member 2 are welded together by a continuous fillet weld 8.

また、シース7には多数の孔9が板厚方向に貫通されて
おり、これら孔9を通して冷却材がシース7内に流入し
、流動することにより、制御棒を冷却するように工夫さ
れている。
Further, the sheath 7 has a large number of holes 9 penetrated in the thickness direction, and a coolant flows into the sheath 7 through these holes 9 and flows to cool the control rod. .

(発明が解決しようとする問題点) 軽水炉の炉心においては冷却水の放射線分解が起り、(
1)式で示したように過酸化水素が発生する。
(Problem to be solved by the invention) Radiolysis of cooling water occurs in the core of a light water reactor, and (
1) Hydrogen peroxide is generated as shown in the equation.

2H20→ [」202+H2・・・・・・(1)また
、この過酸化水素は(2)式で示したように熱分解し、
水と酸素を生成する。
2H20→ [''202+H2...(1) Also, this hydrogen peroxide is thermally decomposed as shown in equation (2),
Produces water and oxygen.

この熱分解反応は過酸化水素が冷却水中に溶存接触する
場合、非常に速くなる。
This thermal decomposition reaction becomes very fast when the hydrogen peroxide comes into contact dissolved in the cooling water.

このような分解が行なわれる炉心に位置する制御棒は過
酸化水素を含む冷却水と接しており、したがって、その
M4逍において冷却水の流れのIr9滞を引き起すよう
な構造部分を有する場合、過酸化水素の熱分解で生成す
る酸素がF99滞分の冷却水の溶存酸素濃度を局部的に
高くするか、または酸素の気相が停滞部分に形成される
Control rods located in the core where such decomposition occurs are in contact with cooling water containing hydrogen peroxide, and therefore, if they have a structural part that causes Ir9 stagnation in the flow of cooling water in their M4 rods, Oxygen generated by thermal decomposition of hydrogen peroxide locally increases the dissolved oxygen concentration in the cooling water of the F99 stagnant portion, or an oxygen gas phase is formed in the stagnant portion.

さらに、縦長のブレード1内の幅方向先端部では中性子
吸収棒6とシース7との曲率半径がほぼ1i’i1様で
あり、広い接触部分に冷却水の流れの停滞部分が形成さ
れる。このような停滞部分では前述したように冷却水の
溶存酸素濃度が局部的に高くなるか、または酸素の気相
が存在することになる。
Further, at the tip in the width direction of the vertically long blade 1, the radius of curvature between the neutron absorption rod 6 and the sheath 7 is approximately 1i'i1, and a stagnation portion of the cooling water flow is formed in the wide contact area. In such a stagnant portion, as described above, the dissolved oxygen concentration of the cooling water becomes locally high, or a gaseous phase of oxygen exists.

溶存酸素C度が高い場合には旧Q加速があり、高い応力
が負荷された非正常な冶金粗織を持つン1−ステナイト
系ステンレス鋼に応力腐食割れが起きることが明らかで
ある。したがって、軽水炉用制御棒においても、場合に
よってはこの応力腐食割れを招来するおそれがある。
It is clear that when the dissolved oxygen C degree is high, there is a prior Q acceleration, and that stress corrosion cracking occurs in N1-stenitic stainless steel that has an abnormal metallurgical rough texture and is subjected to high stress. Therefore, in some cases, stress corrosion cracking may occur in control rods for light water reactors as well.

また、気相が形成された場合には気液界面での腐食加速
による不具合のおそれもある。
Furthermore, if a gas phase is formed, there is a risk of problems due to accelerated corrosion at the gas-liquid interface.

第6図は鋭敏化した非正常状態にある5US3o4ステ
ンレス鋼について応力腐食割れ(SCC)感受性の29
0℃純水中の溶存I!2素濃度依存性を示したもので、
この図から溶存酸素f3rfXが高いど応力腐食割れ感
受性が大きくなり、応力腐食割れが発生することが明ら
かである。
Figure 6 shows the stress corrosion cracking (SCC) susceptibility of 5US3o4 stainless steel in a sensitized abnormal state.
Dissolved I in 0℃ pure water! It shows the dependence on the concentration of two elements,
It is clear from this figure that as the dissolved oxygen f3rfX increases, the stress corrosion cracking susceptibility increases and stress corrosion cracking occurs.

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
冷却水の流れのIJF??i1部分を除去して腐食加速
を抑制または軽減させ、局部的な応力腐食割れを防止す
ることにより、信頼性のより向上した原子炉用制御棒を
提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems,
IJF of cooling water flow? ? It is an object of the present invention to provide a control rod for a nuclear reactor with improved reliability by suppressing or reducing corrosion acceleration and preventing local stress corrosion cracking by removing the i1 portion.

〔発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、中性子吸収棒の複数本を内蔵する複数のシー
スを、タイロッド周りに所定形状に配列して結合し、こ
れらシースの上端に先端構造材f−18八 峰 16 
7  &  m  41141m  44r  I−−
+−%  l −−F    J4  普1−%、  
  −1内の幅方向先端部と、この先端部側に配列され
る前記中性子吸収棒との間にスペーサを介在してなるも
のである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention has a plurality of sheaths each containing a plurality of neutron absorption rods arranged in a predetermined shape around a tie rod and coupled to each other, and the upper ends of these sheaths Tip structure material f-18 Happine 16
7&m 41141m 44r I--
+-% l --F J4 Common 1-%,
A spacer is interposed between the widthwise tip portion of the inside -1 and the neutron absorption rods arranged on the tip side.

(作用) ブレードを形成するシースの内部幅方向先端部において
、中性子吸収棒との間にスペーサを介在させることによ
りシース内の先端部内壁と先端部側配置の中性子吸収棒
の外周壁との間に間隙が設定され、この間隙に冷却水を
通水することができるので、冷却水の流れの停滞部分を
解81できる。
(Function) At the tip in the internal width direction of the sheath that forms the blade, a spacer is interposed between the neutron absorption rod and the inner wall of the tip inside the sheath and the outer peripheral wall of the neutron absorption rod placed on the tip side. A gap is set in the gap, and cooling water can be passed through this gap, so that stagnation in the flow of cooling water can be resolved.

その結果、冷却水に含まれる過酸化水素の分解により酸
素が生成マS積し、このPA素の腐食加速のおそれがあ
る冷却水の流れが促進されるので、局部的な応力腐食割
れを防止し、もって信頼性のより優れた制御棒となる。
As a result, oxygen is produced by the decomposition of hydrogen peroxide contained in the cooling water, which accelerates the flow of cooling water that could accelerate corrosion of this PA element, preventing localized stress corrosion cracking. This results in a more reliable control rod.

(実店例) 第1図および第2図を参照しながら本発明に係る原子炉
用制御棒の一実茄例を説朗づ−る。
(Example of actual store) An example of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図において、符号11はブレードを示してt(h7
のブl/  k 1 ”l !+ t!1V E 7”
 A MT AS 古六l図示してないクイロッドを中
心にして十字状に組立てられている。このブレード11
の上部には先端構造材12が、下部には図示してないが
制御棒駆動機構と結合する結合ソケットを右している。
In FIG. 1, reference numeral 11 indicates a blade t(h7
Noburi/k 1 ”l !+ t!1V E 7”
A MT AS It is assembled in a cross shape with a Quirod (not shown) at the center. This blade 11
A tip structure member 12 is provided on the upper part of the rod, and a coupling socket (not shown) for coupling with a control rod drive mechanism is provided on the lower part thereof.

先端構造材12の上面にはハンドル13が取着されてい
る。ブレード11は第2図に示すようにU字状ステンレ
ス鋼製のシース17内にて複数本の中性子吸収棒16を
それぞれ並列配置してなり、これら中性子吸収棒16は
中性子吸収材としてボロンカーバイド粉末14をステン
レス鋼製細管15に充填してなる。
A handle 13 is attached to the upper surface of the tip structure member 12. As shown in FIG. 2, the blade 11 is made up of a plurality of neutron absorbing rods 16 arranged in parallel inside a U-shaped stainless steel sheath 17, and these neutron absorbing rods 16 are made of boron carbide powder as a neutron absorbing material. 14 is filled into a stainless steel thin tube 15.

また、このブレード11はシース17内の先端部20と
、この先端部20側に配置される中性子吸収棒16a、
!?の間に、横断面が円形状の丸棒スペーサ21が介在
されている。
The blade 11 also includes a distal end 20 within the sheath 17, a neutron absorption rod 16a disposed on the distal end 20 side,
! ? A round bar spacer 21 having a circular cross section is interposed between them.

なお、シース17の上端と先端構造材12の下端とは連
続スミ肉溶接部18により溶着され、シース17には多
数の孔19が板厚方向に貝通されており、これら孔1゛
9を通して冷II水がシース17内に流入し、流動する
ことにより制御棒を冷却する。
The upper end of the sheath 17 and the lower end of the tip structural member 12 are welded together by a continuous fillet weld 18, and the sheath 17 has a large number of holes 19 passed through it in the thickness direction. Cold II water flows into the sheath 17 and cools the control rods by flowing.

しかして、従来例においては、過酸化水素を含む冷却水
の停滞部分では溶存酸素濃度が高くなるか、ざらには酸
素の気相が形成するために発生する。つまり、腐食反応
は金属の酸化、すなわちアノード反応(M−+M  +
ne)と、これに対応する還元、すなわら、カソード反
応と、酸素が存在する場合には酸素消費反応(1/20
2+l−120+2e→20H−)とが対となって進行
する。
However, in the conventional example, the concentration of dissolved oxygen becomes high in the stagnant portion of the cooling water containing hydrogen peroxide, or the hydrogen peroxide is generated due to the formation of a gaseous phase of oxygen. In other words, the corrosion reaction is the oxidation of metal, that is, the anodic reaction (M−+M+
ne), the corresponding reduction, i.e., the cathodic reaction, and, in the presence of oxygen, the oxygen-consuming reaction (1/20
2+l-120+2e→20H-) proceed as a pair.

したがって、冷却水中の溶存酸素濃度が低くなれば、腐
食反応を抑制または軽減できることになる。
Therefore, if the dissolved oxygen concentration in cooling water is lowered, corrosion reactions can be suppressed or reduced.

そこで、本発明の実施例の如くシース17内にスペーサ
21を介在させことによって、シース17内においてシ
ース17と中性子吸収棒10どの広い面積での接触によ
る冷却水の流れ停滞部分がなくなる。この結果、冷却水
に含まれる過酸化水素の分解により酸素が生成蓄積し、
この酸素の店i食加速のおそれがある冷却水の停滞部分
が改善きれる。
Therefore, by interposing the spacer 21 within the sheath 17 as in the embodiment of the present invention, there will be no part of the cooling water flow stagnation caused by contact between the sheath 17 and the neutron absorption rod 10 over a large area within the sheath 17. As a result, oxygen is generated and accumulated due to the decomposition of hydrogen peroxide contained in the cooling water.
The stagnation of the cooling water, which may cause the acceleration of oxygen depletion, can be improved.

第3図は本発明の他の実施例の要部のみを示したもので
、第2図と同一部分には同一符号で示し重複する部分の
説明を省略する。
FIG. 3 shows only the essential parts of another embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the explanation of the overlapping parts will be omitted.

この第3図の実施例が第2図と異なる点は丸棒スペーサ
21の代りに横断面が三角形の柱状体スペーサ22を使
用した点にあり、柱状体スペーサ22の3辺の外側面外
方に冷却水通水用の間隙が設定される。また、このスペ
ーサ22の材質はハフニウムからなっており、スペーサ
22としては高渇水に対する耐食性が優れていることは
勿論のこと、シース17の先端部内部と中性子吸収棒1
6との接触部の接触腐食を防止する。
The difference between the embodiment shown in FIG. 3 and that shown in FIG. 2 is that a columnar spacer 22 with a triangular cross section is used instead of the round bar spacer 21. A gap is set for cooling water to flow through. The material of the spacer 22 is hafnium, and the spacer 22 not only has excellent corrosion resistance against high drought conditions, but also the inside of the tip of the sheath 17 and the neutron absorption rod 1.
6. Prevents contact corrosion at the contact part.

なお、上記実施例における作用効果は第1図および第2
図の実施例とほぼ同様であるので、その説明を省略する
The effects of the above embodiments are shown in Figures 1 and 2.
Since it is almost the same as the embodiment shown in the figure, its explanation will be omitted.

上記各実施例でシース17および中性子吸収棒16との
接触部での接触腐食を防ぐためには、シース17および
中性子吸収棒16とは同一系統の材料を選ぶことが好ま
しい。しかしながら、設計の特性を要求される場合には
、これらスペーサ21.22を内部に中性子吸収材とし
てのボロンカーバイドを充填した上記同一系統材料の丸
棒、角棒とするか、または耐ffl性が優れ、それ自身
の中性子吸収能力を右するハフニウムをスペーサとする
こともできる。
In each of the above embodiments, in order to prevent contact corrosion at the contact portion between the sheath 17 and the neutron absorption rod 16, it is preferable to select materials of the same type for the sheath 17 and the neutron absorption rod 16. However, if design characteristics are required, these spacers 21 and 22 may be made of round or square bars made of the same material as above, filled with boron carbide as a neutron absorbing material, or with ffl resistance. The spacer can also be made of hafnium, which has excellent neutron absorption capacity of its own.

また、スペーサ形状はシースと中性子吸収棒との面接触
を避ける観点から、シースおよび中性子吸収棒とは1ユ
または線接触する形状が好ましく、必ずしもその断面は
上部から下部まで均一である必要はない。
In addition, from the viewpoint of avoiding surface contact between the sheath and the neutron absorption rod, the spacer shape should preferably be in one unit or line contact with the sheath and the neutron absorption rod, and its cross section does not necessarily have to be uniform from top to bottom. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

木光明によれば、ブレード先端部内でのシースと中性子
吸収棒との広い面積での接触部がなくなり、溶接酸素が
高い冷!JJ水の停滞部分を除去できるので、局部的な
応力腐食割れを防止し、もって制御棒の信頼性を向上さ
せる効果がある。
According to Kimitsuaki, the large area of contact between the sheath and the neutron absorption rod within the tip of the blade is eliminated, and the welding oxygen is high. Since the stagnant portion of JJ water can be removed, local stress corrosion cracking can be prevented, thereby improving the reliability of the control rod.

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

”61E’A l −A−n ITII l−M 7.
 ri+iヱ梠田ff、ll ml 11 /Il’l
−巾ず六例の要部を示す斜視図、第2図は第1図におけ
るA−A矢視方向を切断して示す横断面図、第3図は本
発明の原子炉用ル制御棒の他の実施例を部分的に示す横
断面図、第4図は従来の制御棒の要部を示す斜視図、第
5図は第4図におけるB−B矢視方向を切断して示す横
断面図、第6図は溶存酸素温度に対する応力腐食割れ感
受性の依存性を示す特性図である。 1.11・・・ブレード、2,12・・・先端構造材、
3.13・・・ハンドル、4,14・・・ボロンカーバ
イド粉末、5.15・・・細管、6.16・・・中性子
吸収棒、7,17・・・シース、8.18・・・連続ス
ミ肉溶接部、9.19・・・孔、2o・・・先端部、2
1.22・・・スペーサ。 代理人弁理士  則 近 憲 佑 同        三  俣  弘  文$l飄 県3固
”61E'A l -A-n ITII l-M 7.
ri+iヱKakuda ff, ll ml 11 /Il'l
- A perspective view showing the main parts of six examples of width, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the direction of arrow A-A in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the main parts of a conventional control rod; FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4; 6 are characteristic diagrams showing the dependence of stress corrosion cracking susceptibility on dissolved oxygen temperature. 1.11...Blade, 2,12...Tip structural material,
3.13... Handle, 4,14... Boron carbide powder, 5.15... Capillary tube, 6.16... Neutron absorption rod, 7,17... Sheath, 8.18... Continuous fillet weld, 9.19... hole, 2o... tip, 2
1.22...Spacer. Representative Patent Attorney Noriyuki Ken Yudo Hiroshi Mitsumata

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、中性子吸収棒の複数本を内蔵する複数のシースを、
タイロッド周りに所定形状に配列して結合し、これらシ
ースの上端に先端構造材を結合する原子炉用制御棒にお
いて、前記シース内の幅方向先端部と、この先端部側に
配列される前記中性子吸収棒との間にスペーサを介在し
てなることを特徴とする原子炉用制御棒。 2、スペーサとシースとは同一系統の材質からなること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の原子炉用制
御棒。 3、スペーサはハフニウムまたはボロンカーバイドを充
填してなるものから形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の原子炉用制御棒。
[Claims] 1. A plurality of sheaths containing a plurality of neutron absorption rods,
In a nuclear reactor control rod that is arranged and connected in a predetermined shape around a tie rod, and a tip structure member is connected to the upper end of these sheaths, a widthwise tip in the sheath and the neutrons arranged on the side of this tip are provided. A control rod for a nuclear reactor, characterized in that a spacer is interposed between the control rod and the absorption rod. 2. The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the spacer and the sheath are made of the same material. 3. The control rod for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the spacer is formed of a material filled with hafnium or boron carbide.
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