JPS58214882A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水形原子炉（ＢＷＲ）の運転制御に用いら
れている制御棒に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、この種の制御棒は第１図に示すように。

断面十字形の長尺なシースｌの上端に吊上げノ・ントル
λを設け、下端にスピードリミッタ３を設けて形成され
ている。そして、このシース／の部分に中性子吸収体が
設けられている。このシースｌはステンレス製で娶り、
第２図−に示すようｆ、中空十字形に形成されており、
各ブレード／　ａ、／ａの内部には中性子吸収体≠をス
テンレス管！で被覆した複数のポイズンチューブ６．６
が装填されている。

この中性子吸収体弘の素材として従来は炭化はう素（Ｂ
４Ｃ）を用いていた。

〔背景技術の問題点〕

ところが、Ｂ４Ｃを中性子吸収体μとして用いていた従
来の制御棒は、核的価値が低く、更に核的寿命も短いの
で早期交換を要するものであった。

即ち、Ｂ４Ｃのうち中性子を吸収するのは質量数がＩＱ
のほう素（Ｂ−ＩＯ）のみである。このＢ　−１０は中
性子を吸収してリチウム（Ｌｌ）とヘリウム（Ｈｅ’）
とに変化する。一方のＨｅは中性子吸収能力がほとんど
なく、他方のＬｌは中性子吸収断面積が非常に小さいの
で、中性子吸収能力は低い。

従って、Ｂ４Ｃは中性子を吸収するにつれてその中性子
吸収能力が急速に減少して行くものであり。

とのＢ４Ｃを用いた制御棒もＢ　−１０の減少に伴って
その核的価値、即ち、中性子吸収能力が減少して行く。

そして、制御棒の核的価値が一定限度以下Ｋｌ少しだ場
合には、制御棒が核的な寿命に到達したと判断して制御
棒を交換しなければならない。

そして、核的寿命もＢ４Ｃを用いた制御棒は短い。

また、中性子吸収時に発生したＨｅガスは、制御棒のシ
ース／内に留まり、シース／内の内圧力を高める。この
内圧力が辱くなると制御棒の機械的寿命も短く々るので
、ステンレス管夕の厚さを必要以上に厚くしなければな
らない。このステンレス管！を厚くした分だけ、中性子
吸収時弘の総量が少なくなり、結局従来はシースｌ内の
空間を有効に利用していないものであった。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、　Ｂ
４Ｃに代る共鳴吸収の大きい中性子吸収体を用いて、核
的価値が高く、核的寿命が長い制御棒を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、中性子吸収体をハフニウム酸化物。

ユーロピウム酸化物およびディスプロシウム酸化物のう
ちの７種または複数種の混合物を高温処理することによ
り板状に形成するとともにシース内に封入して形成した
ものである。

原子炉内で核燃料の核分裂によって生じた熱中性子およ
び熱外中性子は、前記中性子吸収体によって良好に吸収
される。ハフニウム酸化物、ユーロピウム酸化物および
ディスプロシウム酸化物は共に共鳴吸収が大きく、原子
炉内に安定しており。

また各中性子吸収体の密度およびシース内に占める体積
も従来より大きいので、中性子吸収体の核的価値が高く
、かつその核的寿命も長くなり、熱中性子および熱外中
性子が確実に吸収される。

〔発明の実施例〕

本発明においては、中性子吸収体として共鳴吸収の大き
い原素の酸化物を用いている。即ち、／・フニウム酸化
物（Ｈｆ０２）、ユーロピウム酸化物（Ｅｕ２ｏ３）お
よびディスプロシウム酸化物（Ｄ７２０３　）　’であ
る。そして、実際にはこれらの酸化物の１種もしくは複
数種の混合物が原子炉の設計条件等に応じて用いられて
りる。

このように共鳴吸収の大きい原素を用いるのは、これら
の原素が低エネルギを保有した熱中性子だけではなく高
エネルギを保有した熱外中性子をも吸収することができ
、核的価値が高いからでちる。

また、各原素の酸化物を用いたのは、原子炉内Ｃておい
：Ｃ酸化物は安定しており、核的寿命が長いからでちる
。

これらの原素のうち中性子吸収断面積が最も大きいのは
Ｋｕであり、次に大きいのはＤｙであり、Ｈｆが最も小
さい。従って、制御棒の核的価値の最大々ものはＥｕ２
Ｏ３である。しかしながら、Ｄ７゜ＨｆはＦＸｕより豊
富に存在する元素であり、コスト的だ優れている。

また、これらの元素はそれぞれ異なるエネルギをもった
中性子を吸収するものであるから、複数種の混合物の方
が中性子吸収能力が大きくなる。

次に１本発明の具体的構成を説明する。

本発明においては、第３〜≠図の各実施例に示すように
、シースｌの各ブレード／ａ、／ａ内に板状に形成した
中性子吸収体７が封入されている。

一方の第３図の場合は、シース／の各ブレード／ａ　、
　／ａに第１図に示すように、冷却孔ｒ、ｒが穿設され
ているので、中性子吸収体７が炉心内の冷却材に直接に
触れないように、薄ステンレス板等からなる被覆体りに
より密封されている。

他方の第≠図の場合は、シース／自体が密封性を有する
ので、各ブレード／　ａ　、／　ａ内に直ｆ中性子吸収
体７が装填されている。

そして、中性子吸収体７は、目的に応じてＨｆＯ２、Ｅ
ｕ２Ｏ３、Ｄ７２０３の７種もしくは複数種の混合物と
され、かつ高温処理をして板状に形成されている・ この高温処理は１例えばＨｆＯ，等を１０００　℃以上
に加熱しながらプレスして行なったり、低温でプレスし
その後１０ＯＯ℃以上に加熱焼結して行なったりする。

このように高温処理することにより、中性子吸収体７の
密度が高くなる。即ち、単位体積当シの中性子吸収元素
（、；ｐｆ、ｍｕ、Ｄ７）の原子数密度が高くなる。例
えば、］！１ｕ２０３　　は、粉末のものを単に板状に
形成したものに比べて、高温処理した場合にはｍｕの密
度が数倍に高くなり１ｍｕの金属と同等の密度となり、
更に金属１ｎｕより安定的な化合物となる。このように
酸化物を高温処理したものソま、核的価値が高く、核的
寿命も長くなる。

実際には、中性子吸収体７は、大きさが縦横それぞれ１
０αの正方形状で厚さがシース／のブレード／ａの内法
寸法とされた中性子吸収体ピース（図示せず）を、ブレ
ード／ａ内に順次挿入して形成される。通常の沸騰水型
原子炉の制御棒におけるブレード／＆の長さは約’Ａｍ
である。また。

中性子吸収体ピースの大き°さは、前記のものより小さ
くてもよい。

また、第３図のように中性子吸収体７の外側を被覆体り
により被覆する場合には、第！図に示すように、中性子
吸収体７をブレード／ａの長さ方向ｆ複数に分割し、各
分割ピース７ａ　、７ａを被覆体りで被覆して形成する
。第５図のものは、２個の分割ピース７ａ　、７ａをス
テンレス薄板等の被覆体？で被覆して７体的に形成した
ものである。

このように中性子吸収体７の分割ピース７ａを被覆する
ことにより、シースｌ内への装填時に中性子吸収体が割
れて、そのかけらがブレード／ａの下方に落下するのが
防止される。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明においては、従来の制御棒に比べて極めて多量の
中性子が確実に吸収される。

即ち、Ｈｆ　０２　、　Ｅｕ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３は高温
処理されていて密度が高く、単位体積当りに多くの中性
子が吸収される。これにより、制御棒の寿命が長くなる
。

また、中性子吸収体７は板状に形成されて、シース／の
ブレードｌａ内に余白空間を残すことなく装填されてい
るので、従来と同じ内容撰のシース／内に従来の２〜３
倍の量が装荷されていることとなる。これによっても、
中性子吸収量が多くなり、制御棒の寿命も長くなる。

また、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄｙのように共鳴吸収の大きい元素
は１体積の増加とともに中性子吸収量が増大するので、
多量の中性子が１尖に吸収される。これにより制御棒の
核的価値、即ち、制御棒が挿入されていない場合の中性
子の無限増倍率と、制御棒が挿入された場合の中性子の
無限増倍率の差が大きくなる。

この核的価値の増大を第を図により説明する。

この第を図は熱中性子を多く吸収できるガドリウム（Ｇ
ｄ　）と本発明で用いる共鳴吸収の大きいＥｕについて
、その体積の増大と制御棒の核的価値の関係を表わして
いる。同図において、０１点はＧｄおよびＦｉｕを第１
図に示す従来の制御棒の中性子吸収体≠として採用した
場合の核的価値を示しておシ、その値を１００とする。

ここでＧｄおよびＦｆｕの体積を増して行くと、一方の
Ｇｄの場合は０１−０２　となりその核的価値は一定で
増大しないが、他方のＥｕの場合はｏｌ−ｏ３となりそ
の核的価値が増大する。これは、Ｇｄが吸収するのは低
エネルギの熱中性子であり、主として中性子吸収体の表
面部分でその吸収が行なわれるので、制御棒においては
中性子吸収体の体積が増大してもその表面積は増大しな
いので、第６図□１＝０２のようにその核的価値はほぼ
一定となる。これに比べて、ｍｕは共鳴吸収が大きいの
で高エネルギの熱外中性子をも吸収することができる。

そして、この熱外中性子は飛程が長いため中性子吸収体
の内側にも入り込むので、その中性子吸収体内でも吸収
される。これにより、Ｋｕによっては、体積の増大とと
もに中性子吸収量が増大するので核的価値も増大するこ
ととなる。

また、Ｈｆ、Ｍｕ、ＤｙはＢと異なり、中性子を吸収す
ることによりＨｅガスを発生することがない。

即ち、各原素とも中性子吸収によりガンマ線を出すとと
もに質量数の１つ大きい同位体に変換するのみであるの
で、被覆体りを従来のように厚くする必要がない。従っ
て、中性子吸収体７の量も多くすることができ、その分
だけ多量に中性子を吸収でき、また機械的寿命をも長く
することができる。

更に、Ｈｆ、Ｊｉ：ｕ、Ｄｙは中性子吸収だより変換し
た同位体もまた中性子吸収断面積が大きいので、中性子
吸収能力が、従来のＢの−ように急激に減少することも
ない。これにより、一層制卸棒の寿命が長くな羞。

ＨｆＯ２、Ｋｕ２０３　、　Ｄ７２０３の複数種を田性
子吸収体に用いると、各原素の共鳴エネルギが異なるの
で、１種の場合より多くの熱外中性子を吸収することが
でき、その制御棒の核的価値も飛躍的に増大することと
なる。

〔発明の効果〕

このように本発明の制御棒は、核的価値が極めて高く、
かつ核的寿命も長い。そのため、原子炉の停止時におけ
る安全性が長くなり、また原子炉プラントの経済性も向
上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御棒を示す一部切断斜視図、第２図は
第７図の■−■線に沿った拡大断面図、第３〜ｊ図は本
発明の制御棒の実施例を示し、第３〜ダ図はそれぞれ各
実施例の第２図同様の断面図、第５図は中性子吸収体の
正面図、第６図は中性子吸収体の断面積と制御棒の一核
的価値との関係を示す特性図である。 ｌ・・・シース、７−・・中性子吸収体、り・・・被覆
体。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清掃１聞 第２図 第５図 第６閏 力研−褌積（Ｘ”３ｃｍ３）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シース内に中性子吸収体を有する制御棒において、
   前記中性子吸収体はノ・フニウム酸化物、ユーロピウム
   酸化物およびディスプロシウム酸化物のうちの／ｆｉｔ
   たけ複数種の混合物を高温処理することによシ板状に形
   成されており、かつ、前記シース内に封入されているこ
   とを特徴とする制御棒。 ２、中性子吸収体は複数に分割された分割ピースを集合
   して形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の制御棒。 ３、中性子吸収体は被覆体に被覆されてシース内に装填
   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項記載の制御棒。