JPH0155439B2 - - Google Patents
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- JPH0155439B2 JPH0155439B2 JP55161367A JP16136780A JPH0155439B2 JP H0155439 B2 JPH0155439 B2 JP H0155439B2 JP 55161367 A JP55161367 A JP 55161367A JP 16136780 A JP16136780 A JP 16136780A JP H0155439 B2 JPH0155439 B2 JP H0155439B2
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- JP
- Japan
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- rod
- neutron absorption
- neutron
- rods
- hafnium
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は原子炉の運転を制御する原子炉用制御
棒に関する。
棒に関する。
（従来の技術）
原子炉の制御棒はボロンカーバイド（B4C）粉
末を理論密度の約70％（比重約1.76ｇ／cm3）の密
度で被覆管としての金属管に振動充填して製作さ
れた中性子吸収棒を用いて構成される。この制御
棒を原子炉炉心に装荷して使用するとB4C中のボ
ロン−10（Ｂ−10）が中性子の照射を受け、いわ
ゆる（ｎ、α）反応によりヘリウム（He）ガス
を発生し、金属管内の圧力を上昇させるので、制
御棒の機械的寿命は比較的短かい。
末を理論密度の約70％（比重約1.76ｇ／cm3）の密
度で被覆管としての金属管に振動充填して製作さ
れた中性子吸収棒を用いて構成される。この制御
棒を原子炉炉心に装荷して使用するとB4C中のボ
ロン−10（Ｂ−10）が中性子の照射を受け、いわ
ゆる（ｎ、α）反応によりヘリウム（He）ガス
を発生し、金属管内の圧力を上昇させるので、制
御棒の機械的寿命は比較的短かい。
また、中性子を吸収してＢ−10が減損すると、
B4Cの中性子吸収断面積が中性子の照射量に対し
て直線的に減少し、その結果、中性子束レベルが
上昇するので、Ｂ−10の減損割合はＢ−10の残存
量が低下するに連れて加速度的に増大し、制御棒
の反応度価値も加速度的に低下し核的寿命も短く
なる。制御棒の寿命はこの機械的と核的寿命のう
ち短い方で決定されるが、何れにしても比較的短
いので、交換に際して処理を必要とする放射性廃
棄物を大量に発生させる欠点がある。
B4Cの中性子吸収断面積が中性子の照射量に対し
て直線的に減少し、その結果、中性子束レベルが
上昇するので、Ｂ−10の減損割合はＢ−10の残存
量が低下するに連れて加速度的に増大し、制御棒
の反応度価値も加速度的に低下し核的寿命も短く
なる。制御棒の寿命はこの機械的と核的寿命のう
ち短い方で決定されるが、何れにしても比較的短
いので、交換に際して処理を必要とする放射性廃
棄物を大量に発生させる欠点がある。
本発明者等は前述した従来の制御棒の問題点に
臨み、ヘリウムガスを発生せず、また中性子を吸
収して生成された核種が中性子吸収断面積の大き
くなる核的寿命の長い核種により中性子吸収棒を
形形成した制御棒を開発した。
臨み、ヘリウムガスを発生せず、また中性子を吸
収して生成された核種が中性子吸収断面積の大き
くなる核的寿命の長い核種により中性子吸収棒を
形形成した制御棒を開発した。
前記の吸収棒は、酸化ユーロピウム粉末と酸化
ハフニウム粉末との混合粉末を金属管の一部また
は全長にわたつて充填して成るものである。
ハフニウム粉末との混合粉末を金属管の一部また
は全長にわたつて充填して成るものである。
（発明が解決しようとする課題）
ところが、制御棒の中性子吸収棒に使用される
ユーロピウムは希土類であり高価な材料であるた
め、コスト上難点があつた。また、酸化ハフニウ
ム粉末のみでは反応度価値が低く、制御棒用の中
性子吸収材としては不充分である。
ユーロピウムは希土類であり高価な材料であるた
め、コスト上難点があつた。また、酸化ハフニウ
ム粉末のみでは反応度価値が低く、制御棒用の中
性子吸収材としては不充分である。
これに対し、ハフニウムのソリツドメタル（被
覆管を用いないむき出し状態のメタル）により中
性子吸収棒を形成すれば、価格上の問題もなく反
応度的にも充分なものとなるが、ハフニウムは硬
く、密度が大きいので前記の中性子吸収棒を使用
した制御棒には次のような問題を生じる。
覆管を用いないむき出し状態のメタル）により中
性子吸収棒を形成すれば、価格上の問題もなく反
応度的にも充分なものとなるが、ハフニウムは硬
く、密度が大きいので前記の中性子吸収棒を使用
した制御棒には次のような問題を生じる。
すなわち、ハフニウムのソリツドメタルからな
る複数本の吸収棒をブレード内に収容した場合、
制御棒の剛性がかなり高くなり、４体１組の燃料
集合体間の十字状空隙に挿入するに際し、制御棒
と燃料集合体とが接触すると、燃料集合体を突上
げるおそれがある。そのため原子炉のスクラム時
の制御棒挿入速度を下げることが必要となり、原
子炉の緊急停止が難しくなる。
る複数本の吸収棒をブレード内に収容した場合、
制御棒の剛性がかなり高くなり、４体１組の燃料
集合体間の十字状空隙に挿入するに際し、制御棒
と燃料集合体とが接触すると、燃料集合体を突上
げるおそれがある。そのため原子炉のスクラム時
の制御棒挿入速度を下げることが必要となり、原
子炉の緊急停止が難しくなる。
さらに、ハフニウムは密度が大であるため、制
御棒が重くなり制御棒駆動機構を強化する必要が
ある。
御棒が重くなり制御棒駆動機構を強化する必要が
ある。
本発明は上記の事情に基づきなされたもので、
ハフニウムのソリツドメタルから成る中性子吸収
棒を使用し、反応度を低下させずに軽量化し、制
御棒の剛性を小さくした原子炉用制御棒を提供す
ることを目的とする。
ハフニウムのソリツドメタルから成る中性子吸収
棒を使用し、反応度を低下させずに軽量化し、制
御棒の剛性を小さくした原子炉用制御棒を提供す
ることを目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明に係る原子炉用制御棒は、上述した課題
を解決するためにタイロツドにシースを結合させ
て横断面十字状のブレードを形成し、上記ブレー
ドのシース内に複数の中性子吸収棒を列状に配列
させた原子炉用制御棒において、前記中性子吸収
棒は中性子吸収能力を有するハフニウムのソリツ
ドメタルで形成し、このソリツドメタルは外表面
の凹凸成形や中空構造とすることにより、表面積
の大きな細長い棒状構造としたものである。
を解決するためにタイロツドにシースを結合させ
て横断面十字状のブレードを形成し、上記ブレー
ドのシース内に複数の中性子吸収棒を列状に配列
させた原子炉用制御棒において、前記中性子吸収
棒は中性子吸収能力を有するハフニウムのソリツ
ドメタルで形成し、このソリツドメタルは外表面
の凹凸成形や中空構造とすることにより、表面積
の大きな細長い棒状構造としたものである。
（作用）
この原子炉用制御棒は、ハフニウムによる中性
子吸収が主に共鳴吸収であることに着目し、中性
子吸収棒を中性子吸収能力を有するハフニウムの
ソリツドメタル（被覆管を用いないむき出し状態
のメタル）で形成し、このソリツドメタルは外表
面の凹凸成形や中空構造とすることにより、表面
積の大きな細長い棒状構造としたので、中性子吸
収棒の表面積を増大させて共鳴中性子吸収を増加
させることができ、反応度を下げないで軽量化を
図り得るとともに、制御棒の剛性を低下させるこ
とができるので、制御棒の軸方向に直交する方向
の剛性を下げて原子炉炉心部への出し入れをスム
ーズに行なうことができる。
子吸収が主に共鳴吸収であることに着目し、中性
子吸収棒を中性子吸収能力を有するハフニウムの
ソリツドメタル（被覆管を用いないむき出し状態
のメタル）で形成し、このソリツドメタルは外表
面の凹凸成形や中空構造とすることにより、表面
積の大きな細長い棒状構造としたので、中性子吸
収棒の表面積を増大させて共鳴中性子吸収を増加
させることができ、反応度を下げないで軽量化を
図り得るとともに、制御棒の剛性を低下させるこ
とができるので、制御棒の軸方向に直交する方向
の剛性を下げて原子炉炉心部への出し入れをスム
ーズに行なうことができる。
（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。
について添付図面を参照して説明する。
第１図および第２図は本発明に係る原子炉用制
御棒を示し、この原子炉用制御棒は細長いＵ字状
断面のシース１内に、細長い中性子吸収棒２が列
状に収納されている。上記シース１は十字状のタ
イロツド３に結合されて横断面十字状のブレード
を形成している。シース１内に収納される中性子
吸収棒は管状をなすハフニウムのソリツドメタル
で形成される。ここに、ソリツドメタルとは被覆
材で覆うことのないむき出し状態のメタルをい
う。
御棒を示し、この原子炉用制御棒は細長いＵ字状
断面のシース１内に、細長い中性子吸収棒２が列
状に収納されている。上記シース１は十字状のタ
イロツド３に結合されて横断面十字状のブレード
を形成している。シース１内に収納される中性子
吸収棒は管状をなすハフニウムのソリツドメタル
で形成される。ここに、ソリツドメタルとは被覆
材で覆うことのないむき出し状態のメタルをい
う。
この原子炉用制御棒においては、ハフニウムよ
り成る中性子吸収棒は中空とされているため中実
構造のハウニウム製中性子吸収棒より軸に直角方
向の剛性が小さく、しかも重量が小である。した
がつて、制御棒ブレードの軸に直角方向の剛性は
小さく、制御棒の燃料集合体間隙への挿入に際
し、ブレードが燃料集合体に当接したとしても、
ブレードは変形して逃げることができるので、燃
料集合体を突上げるおそれはない。そのため、原
子炉緊急停止時の制御棒挿入速度を低くする必要
はない。また、制御棒全体が軽量化されるため、
既存の制御棒駆動装置を使用することができる。
り成る中性子吸収棒は中空とされているため中実
構造のハウニウム製中性子吸収棒より軸に直角方
向の剛性が小さく、しかも重量が小である。した
がつて、制御棒ブレードの軸に直角方向の剛性は
小さく、制御棒の燃料集合体間隙への挿入に際
し、ブレードが燃料集合体に当接したとしても、
ブレードは変形して逃げることができるので、燃
料集合体を突上げるおそれはない。そのため、原
子炉緊急停止時の制御棒挿入速度を低くする必要
はない。また、制御棒全体が軽量化されるため、
既存の制御棒駆動装置を使用することができる。
なお、ハウニウムの中性子吸収は共鳴吸収であ
るから、ハウニウム製中性子吸収棒の中性子吸収
能力は、中性子吸収棒の表面積によつて定まる。
したがつて、前記実施例の如く中性子吸収棒を中
空体としその剛性、重量を減じるようにしても、
表面積が同じであれば中空の中性子吸収棒と同一
の吸収能力を得ることができる。中性子吸収棒を
ハフニウムのソリツドメタルで形成し、中空棒状
構造とすることにより、中実棒状構造に較べ棒外
径が同じ場合、表面積（外面および内面の表面
積）を大くすることができる。
るから、ハウニウム製中性子吸収棒の中性子吸収
能力は、中性子吸収棒の表面積によつて定まる。
したがつて、前記実施例の如く中性子吸収棒を中
空体としその剛性、重量を減じるようにしても、
表面積が同じであれば中空の中性子吸収棒と同一
の吸収能力を得ることができる。中性子吸収棒を
ハフニウムのソリツドメタルで形成し、中空棒状
構造とすることにより、中実棒状構造に較べ棒外
径が同じ場合、表面積（外面および内面の表面
積）を大くすることができる。
中性子吸収棒に用いられるハフニウム（Hf）
は共鳴中性子吸収物質であるので、中空棒状構造
に形成すると、表面積の大きなものが得られる。
ハフニウムは化学的に極めて安定な金属元素であ
る。ハフニウムにはHf−176、Hf−177、Hf−
178、Hf−179、Hf−180など多くの同位体が存
在し、各同位体はいずれも中性子をよく吸収する
が、相対的には共鳴エネルギの中性子を吸収する
割合が非常に高い。特に、Hf−177、Hf−178は
中性子吸収効果が著しく、例えばHf−176は中性
子を吸収してHf−177となり、さらに順次中性子
を吸収してHf−178からHf−179を経てHf−180
となるので、１つのHf原子核は複数個の中性子
を吸収でき、長期間にわたつて中性子を吸収し続
けるので長寿命型の中性子吸収物質である（日刊
工業新聞社発行、「原子炉材料ハンドブツク」第
415頁〜第420頁参照。）。
は共鳴中性子吸収物質であるので、中空棒状構造
に形成すると、表面積の大きなものが得られる。
ハフニウムは化学的に極めて安定な金属元素であ
る。ハフニウムにはHf−176、Hf−177、Hf−
178、Hf−179、Hf−180など多くの同位体が存
在し、各同位体はいずれも中性子をよく吸収する
が、相対的には共鳴エネルギの中性子を吸収する
割合が非常に高い。特に、Hf−177、Hf−178は
中性子吸収効果が著しく、例えばHf−176は中性
子を吸収してHf−177となり、さらに順次中性子
を吸収してHf−178からHf−179を経てHf−180
となるので、１つのHf原子核は複数個の中性子
を吸収でき、長期間にわたつて中性子を吸収し続
けるので長寿命型の中性子吸収物質である（日刊
工業新聞社発行、「原子炉材料ハンドブツク」第
415頁〜第420頁参照。）。
なお、本発明は上記実施例のみに限定されな
い。
い。
中空棒状（管状）中性子吸収棒に代えて、第３
図Ａ〜Ｌに示した各種断面のハフニウムのソリツ
ドメタルを中性子吸収棒に使用することができ
る。すなわち、第３図ＡはＸ字状断面の中性子吸
収棒、同図ＢはＹ字状断面の中性子吸収棒、同図
ＣはＨ字状断面の中性子吸収棒、同図ＤはＴ字状
断面の中性子吸収棒、同図ＥはＬ字状断面の中性
子吸収棒、同図Ｆは６個の放射状突出部を有する
いわゆる星型断面の中性子吸収棒、同図ＧはＣ字
状断面の中性子吸収棒、同図Ｈはコ字状の一脚端
部からコ字状の中央片に平行に突出部を設けた断
面の中性子吸収棒、同図Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌはそれぞ
れ円形断面、楕円形断面、三角形断面、四角形断
面の管（中空棒材）内に水またはB4C等を充填し
て成る中性子吸収棒を示す。
図Ａ〜Ｌに示した各種断面のハフニウムのソリツ
ドメタルを中性子吸収棒に使用することができ
る。すなわち、第３図ＡはＸ字状断面の中性子吸
収棒、同図ＢはＹ字状断面の中性子吸収棒、同図
ＣはＨ字状断面の中性子吸収棒、同図ＤはＴ字状
断面の中性子吸収棒、同図ＥはＬ字状断面の中性
子吸収棒、同図Ｆは６個の放射状突出部を有する
いわゆる星型断面の中性子吸収棒、同図ＧはＣ字
状断面の中性子吸収棒、同図Ｈはコ字状の一脚端
部からコ字状の中央片に平行に突出部を設けた断
面の中性子吸収棒、同図Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌはそれぞ
れ円形断面、楕円形断面、三角形断面、四角形断
面の管（中空棒材）内に水またはB4C等を充填し
て成る中性子吸収棒を示す。
なお、この原子炉用制御棒は第１図に示すよう
にシース１に複数の冷却材流出入孔４が設けられ
ているので、シース１内はこの流出入孔４から流
出入される冷却材で満される。このため、第３図
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌに示した中性子吸収棒の側壁に透
孔を設けておけば、冷却材がそこから侵入して内
部に水が充填されることとなる。
にシース１に複数の冷却材流出入孔４が設けられ
ているので、シース１内はこの流出入孔４から流
出入される冷却材で満される。このため、第３図
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌに示した中性子吸収棒の側壁に透
孔を設けておけば、冷却材がそこから侵入して内
部に水が充填されることとなる。
第３図Ａ〜Ｌに示す中性子吸収棒はいずれもハ
フニウムのソリツドメタルで形成し、このソリツ
ドメタルの外表面を凹凸成形したり、中空棒構造
に成形することにより、表面積をを大きくするよ
うにしたものである。
フニウムのソリツドメタルで形成し、このソリツ
ドメタルの外表面を凹凸成形したり、中空棒構造
に成形することにより、表面積をを大きくするよ
うにしたものである。
上記のいずれの中性子吸収棒によつても前記し
た第１図、第２図の実施例と同様の作用効果が得
られる。
た第１図、第２図の実施例と同様の作用効果が得
られる。
第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは制御棒内での中性子吸
収棒の配列例を示す。同図Ａはシース１の端部に
第３図ＢのＹ字状断面の中性子吸収棒を配置し他
の中性子吸収棒は第３図ＡのＸ字状断面の中性子
吸収棒としたもの、同図Ｂはシース１内に第３図
ＣのＨ字状断面の中性子吸収棒をその両側脚がブ
レード面に垂直になるよう配列したもの、同図Ｃ
はシース１の端部に第３図Ｅに示すＬ字状断面の
中性子吸収棒を配置し他は第３図ＤのＴ字状断面
の中性子吸収棒としてそれらを正立、倒立交互配
置としたもの、第４図Ｄはシース内に第３図Ｊの
楕円断面のものをその表径がブレード幅方向とな
る如く配列したものである。
収棒の配列例を示す。同図Ａはシース１の端部に
第３図ＢのＹ字状断面の中性子吸収棒を配置し他
の中性子吸収棒は第３図ＡのＸ字状断面の中性子
吸収棒としたもの、同図Ｂはシース１内に第３図
ＣのＨ字状断面の中性子吸収棒をその両側脚がブ
レード面に垂直になるよう配列したもの、同図Ｃ
はシース１の端部に第３図Ｅに示すＬ字状断面の
中性子吸収棒を配置し他は第３図ＤのＴ字状断面
の中性子吸収棒としてそれらを正立、倒立交互配
置としたもの、第４図Ｄはシース内に第３図Ｊの
楕円断面のものをその表径がブレード幅方向とな
る如く配列したものである。
なお、中性子吸収棒の断面形状は第３図および
第４図に示すものに限定されない。中性子吸収棒
は、表面積の大きな棒状構造であれば、例示以外
のものでもよい。
第４図に示すものに限定されない。中性子吸収棒
は、表面積の大きな棒状構造であれば、例示以外
のものでもよい。
以上に述べたように本発明に係る原子炉用制御
棒においては、中性子吸収棒を中性子吸収能力を
有するハフニウムのソリツドメタルで形成し、こ
のソリツドメタルは外表面の凹凸成形や中空構造
とすることにより、表面積の大きな細長い棒状構
造としたので、中性子吸収棒の表面積を増大させ
て共鳴中性子吸収を増加させることができ、反応
度を下げないで軽量化を図り得るとともに、制御
棒の剛性を低下させることができので、制御棒の
軸方向に直交する方向の剛性を下げて原子炉炉心
部への出し入れをスムーズに行なうことができる
等の効果を奏する。
棒においては、中性子吸収棒を中性子吸収能力を
有するハフニウムのソリツドメタルで形成し、こ
のソリツドメタルは外表面の凹凸成形や中空構造
とすることにより、表面積の大きな細長い棒状構
造としたので、中性子吸収棒の表面積を増大させ
て共鳴中性子吸収を増加させることができ、反応
度を下げないで軽量化を図り得るとともに、制御
棒の剛性を低下させることができので、制御棒の
軸方向に直交する方向の剛性を下げて原子炉炉心
部への出し入れをスムーズに行なうことができる
等の効果を奏する。
第１図は本発明一実施例の斜視図、第２図はそ
の―線における断面図、第３図Ａ〜Ｌは変形
例要部の断面図、第４図Ａ〜Ｄは中性子吸収棒の
配列例の断面図である。 １……シース、２……中性子吸収棒、３……タ
イロツド。
の―線における断面図、第３図Ａ〜Ｌは変形
例要部の断面図、第４図Ａ〜Ｄは中性子吸収棒の
配列例の断面図である。 １……シース、２……中性子吸収棒、３……タ
イロツド。
Claims (1)
- １ タイロツドにシースを結合させて横断面十字
状のブレードを形成し、上記ブレードのシース内
に複数の中性子吸収棒を列状に配列させた原子炉
用制御棒において、前記中性子吸収棒は中性子吸
収能力を有するハフニウムのソリツドメタルで形
成し、このソリツドメタルは外表面の凹凸成形や
中空構造とすることにより、表面積の大きな細長
い棒状構造としたことを特徴とする原子炉用制御
棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55161367A JPS5786086A (en) | 1980-11-18 | 1980-11-18 | Nuclear reactor control rod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55161367A JPS5786086A (en) | 1980-11-18 | 1980-11-18 | Nuclear reactor control rod |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5786086A JPS5786086A (en) | 1982-05-28 |
| JPH0155439B2 true JPH0155439B2 (ja) | 1989-11-24 |
Family
ID=15733732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55161367A Granted JPS5786086A (en) | 1980-11-18 | 1980-11-18 | Nuclear reactor control rod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5786086A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5719912A (en) * | 1996-03-14 | 1998-02-17 | General Electric Company | Control rod for a nuclear reactor |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938687A (ja) * | 1982-08-27 | 1984-03-02 | 株式会社東芝 | 制御棒 |
| JPS5971193U (ja) * | 1982-11-05 | 1984-05-15 | 株式会社東芝 | 原子炉用制御棒 |
| JPS59192992A (ja) * | 1983-04-15 | 1984-11-01 | 株式会社日立製作所 | 沸騰水型原子炉用制御棒 |
| US4882123A (en) * | 1988-03-01 | 1989-11-21 | General Electric Company | Hafnium control rod for nuclear reactors |
| FI890998A7 (fi) * | 1988-04-14 | 1989-10-15 | Gen Electric | Käyttöiältään pitkä ydinreaktorin säätösauva |
| JPH0820537B2 (ja) * | 1989-01-31 | 1996-03-04 | 原子燃料工業株式会社 | 加圧水型原子炉用制御棒 |
| US8787517B2 (en) * | 2006-01-05 | 2014-07-22 | General Electric Company | Absorber tube for BWR control rods |
-
1980
- 1980-11-18 JP JP55161367A patent/JPS5786086A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5719912A (en) * | 1996-03-14 | 1998-02-17 | General Electric Company | Control rod for a nuclear reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5786086A (en) | 1982-05-28 |
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