JP4095983B2 - Control element - Google Patents
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Description
本発明は、高速増殖炉や軽水炉等の制御棒に適用される原子炉の制御要素に関するものである。 The present invention relates to a control element of a nuclear reactor applied to control rods such as a fast breeder reactor and a light water reactor.
原子炉内に装荷された制御要素の構造例を図4に示す。 An example of the structure of control elements loaded in the nuclear reactor is shown in FIG.
核反応を抑制する吸収体ペレット102は中性子の照射を受けるとスエリングと呼ばれる体積膨張を生じる。前記吸収体ペレット102のスエリングによって被覆管103の健全性が損なわれないよう、制御要素101では吸収体ペレット102のスエリング膨張量を見越した隙間104を予め設けてある。
When the
また、吸収体ペレット102は、中性子照射による脆化および内部の温度分布の影響などにより割れを生じ、割れた破片102aは隙間104に堆積する。これをリロケーションと呼ぶ。リロケーションにより隙間104に堆積した破片102aは、その後のスエリング膨張によって被覆管103に強制変位を与えるため、被覆管103の破損の原因となる可能性がある。
Further, the
そこで、吸収体ペレット102や吸収体ペレットの破片102aによって被覆管103の健全性が損なわれないように、図5および図6に示すように吸収体ペレット102の側面を保持し、リロケーションを防止するシュラウド管106が従来の制御要素101では用いられている。シュラウド管106は一列に整列させた吸収体ペレット102を内包する管形状であり、下端には底を塞ぐための端栓105が差し込まれている。ここで端栓105は、シュラウド管106の内側のみに嵌合している。
Therefore, the side surface of the
なお、吸収体ペレット102のスエリングにより強制変位を受けてシュラウド管106が破損するという問題に対しては、これまでにいくつか解決策が考案されている(特許文献1,特許文献2,特許文献3)。このようなシュラウド管106は、吸収体ペレット102の膨張に応じて円周方向に伸長が可能な構造となっており、外径の10%程度の伸長に対応できるものもある。
Incidentally, several solutions have been devised so far for the problem that the
図7は、前述した従来の制御要素101において、吸収体ペレット102のスエリングが生じた状態を示す。端栓105をシュラウド管106下端の内周のみに嵌合する構造としたこと、また、端栓105とシュラウド管106との嵌合部を溶接したとしても、吸収体ペレット102のスエリング時の発生応力により溶接部が破断する可能性があること等により、吸収体ペレット102のスエリングに伴いシュラウド管106が膨張すると、端栓105との嵌合部に隙間が生じるおそれがある。隙間が生じ、そこから破片102aが流出すると、吸収体ペレット102および漏れ出した破片102aのスエリングにより被覆管103が強制変位を受け、被覆管103の破損の原因となることが考えられる。
FIG. 7 shows a state where swelling of the
このようなことから本発明は、吸収体ペレット102のスエリングによってシュラウド管106が膨張した場合でも、吸収体ペレット102および吸収体ペレットの破片102aの保持効果を満足する制御要素101の提供を目的とする。
For this reason, the present invention aims to provide a
前述した課題を解決するための本発明の請求項1に係る制御要素は、少なくとも吸収体ペレットを内包したシュラウド管の下端を取り囲む側壁部を有し、前記側壁部の内側に前記シュラウド管を差込む部分を設けた端栓を有することを特徴とする。 A control element according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problem has a side wall portion surrounding at least a lower end of a shroud pipe containing at least an absorber pellet, and the shroud pipe is inserted inside the side wall section. It has an end plug provided with a portion to be inserted.
本発明の請求項2にかかる制御要素は、請求項1において、前記端栓と、前記シュラウド管に内包された前記吸収体ペレットとの間にスペーサを設置し、前記スペーサは前記側壁部より高いことを特徴とする。 A control element according to a second aspect of the present invention is the control element according to the first aspect, wherein a spacer is installed between the end plug and the absorbent pellet contained in the shroud tube, and the spacer is higher than the side wall portion. It is characterized by that.
本発明の制御要素によれば、シュラウド管の下端を塞ぐ端栓を、シュラウド管下端を包み込むような構造としたことにより、吸収体ペレットのスエリング膨張に伴ってシュラウド管が膨らんだ場合でも、端栓によってシュラウド管の下端は常に塞がれた状態を保つため、吸収体ペレットの破片の流出を防ぐことができる。 According to the control element of the present invention, the end plug that closes the lower end of the shroud tube is structured so as to wrap the lower end of the shroud tube, so that even if the shroud tube expands due to swelling expansion of the absorbent pellet, the end plug is closed. Since the lower end of the shroud tube is always closed by the stopper, it is possible to prevent the fragments of the absorber pellets from flowing out.
また、吸収体ペレットがスエリング膨張してシュラウド管が膨らみ、シュラウド管と端栓との嵌合部に強制変位が生じた場合でも、シュラウド管と端栓との嵌合部と、スエリング膨張する最下端の吸収体ペレットとの距離をスペーサにより十分に保てるので、前記嵌合部に発生する応力を緩和し、シュラウド管および端栓の健全性を維持することができる。 Further, even when the absorber pellets swell and expand, the shroud tube swells and a forced displacement occurs in the fitting portion between the shroud tube and the end plug, the fitting portion between the shroud tube and the end plug is swollen. Since the distance from the lower end absorbent pellet can be sufficiently maintained by the spacer, the stress generated in the fitting portion can be relaxed and the soundness of the shroud tube and the end plug can be maintained.
以下、本発明の詳細を一実施例の図に基づいて説明する。 Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings of one embodiment.
図1に示すように、制御要素1は、一列に積み重ねた吸収体ペレット2をスペーサ8上に配置してシュラウド管6で包み込み、シュラウド管6の両端を端栓5とスプリング押さえ11で塞いで被覆管3に内包した構造となっている。被覆管3の両端には下部端栓7と上部端栓9が差し込まれ、それぞれ溶接等によって接合されており、また、シュラウド管6と上部端栓9との間には、シュラウド管6を被覆管3内に固定するため、スプリング10およびスプリング押さえ11が設置されている。
As shown in FIG. 1, the control element 1 is configured such that the
さらに、図2に示すように、シュラウド管6の下端を塞ぐ端栓5は、シュラウド管6の下端を取り囲むような側壁部5bによって形成される差込穴5aを有し、シュラウド管6は端栓5によって包み込まれるような状態で下端を塞がれている。また、側壁部5bより高く、上部の径に対し下部の径が小さくなっているスペーサ8により、吸収体ペレット2は上方に移動させられ、端栓5と距離を置いている。
Furthermore, as shown in FIG. 2, the
次にこのように構成された制御要素1の作用について説明する。 Next, the operation of the control element 1 configured as described above will be described.
原子炉内に装荷され、中性子の照射を受けた状態の制御要素1を図3に示す。中性子の照射を受けた吸収体ペレット2のスエリング膨張に伴い、シュラウド管6も円周方向に膨張するが、シュラウド管6の下端は端栓5によって膨張を抑制されるため、シュラウド管6下端の開口部は常に塞がれた状態を保ち、吸収体ペレットの破片2aはシュラウド管6の外へ流出しない。このため、吸収体ペレットの破片2aのリロケーションによる被覆管3の破損等を防止することができる。
FIG. 3 shows the control element 1 loaded in the nuclear reactor and irradiated with neutrons. The
また、端栓5の上に、直接、吸収体ペレット2を載せると、吸収体ペレット2のスエリングによりシュラウド管6が膨張して、端栓5とシュラウド管6との嵌合部に強制変位が負荷され、端栓5やシュラウド管6が破損するおそれがあるが、端栓5とスエリング膨張する吸収体ペレット2との間にスペーサ8を設置し、スペーサ8が側壁部5bより高いので、シュラウド管6が膨張する部分から端栓5を遠ざけられ、前記嵌合部に発生する強制変位が軽減されて、端栓5およびシュラウド管6の破損を防止することができる。
Further, when the
なお、実施例において、スペーサ8は段付きの形状であるがこれに限らない。また、端栓5はシュラウド管6の外側のみに嵌合しているが、内側にも勘合しても良い。さらに、スペーサ8が上下同じ外径、また端栓5とスペーサ8が一体であっても構わない。
また、制御要素1がスペーサ8に対して十分に長く、吸収体ペレット2はスペースを十分確保されているため、スペーサ8を設置することにより吸収体ペレット2のスペースが制限されるという点は問題視されない。
In the embodiment, the
In addition, since the control element 1 is sufficiently long with respect to the
制御要素の設計の一例を以下に示す。
端栓の材質:SUS316
スペーサの材質:SUS316
シュラウド管の材質:SUS316
シュラウド管の構造:2重C型シュラウド管
シュラウド管の内外径:12.3mm/13.6mm
端栓の内外径:13.7mm/15.0mm
被覆管の内外径:15.5mm/16.9mm
端栓の差込穴深さ:10mm
スペーサ高さ:50mm
An example of control element design is shown below.
End plug material: SUS316
Spacer material: SUS316
Shroud tube material: SUS316
Structure of shroud tube: Double C-type shroud tube Inner and outer diameter of shroud tube: 12.3 mm / 13.6 mm
Inner and outer diameter of end plug: 13.7mm / 15.0mm
Inner and outer diameter of cladding tube: 15.5mm / 16.9mm
End plug insertion hole depth: 10mm
Spacer height: 50mm
本発明により、吸収体ペレットがスエリングした場合でもシュラウド管と端栓の嵌合部から吸収体ペレットの破片が流出することがなくなり、被覆管の破損を防止できるため、シュラウド管が吸収体ペレットの保持機能を維持できる期間に亘って炉内で制御要素を使用することが可能となり、制御要素の長寿命化、および制御要素交換コストや放射性廃棄物の低減を図ることができる。 According to the present invention, even when the absorbent pellet is swollen, the fragments of the absorbent pellet are prevented from flowing out from the fitting portion between the shroud tube and the end plug, and the damage of the cladding tube can be prevented. The control element can be used in the furnace over a period in which the holding function can be maintained, and the life of the control element can be extended, and the cost of replacing the control element and radioactive waste can be reduced.
1,101 制御要素
2,102 吸収体ペレット
2a,102a 吸収体ペレットの破片
3,103 被覆管
4,104 隙間
5,105 端栓
5a 差込穴
5b 端栓の側壁部
6,106 シュラウド管
7,107 下部端栓
8 スペーサ
9 上部端栓
10 スプリング
11 スプリング押さえ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Control element 2,102
Claims (2)
2. The control element according to claim 1, wherein a spacer is installed between the end plug and the absorbent pellet contained in the shroud tube, and the spacer is higher than the side wall portion.
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