(57)【要約】【課題】ステンレス鋼部材の隙間腐食を抑制することができる制御棒を提供する。【解決手段】制御棒１は、タイロッド３から四方に伸びる４枚のブレード２を有する。各ブレード２は、横断面がＵ字状をしているシース９、扁平な楕円形状の筒であるハフニウム部材６Ｕ，６Ｌを有する。ハフニウム部材６Ｕ，６Ｌはシース９内に配置され、ハフニウム部材６Ｕはハフニウム部材６Ｌよりも上方に配置される。ハフニウム部材６Ｕおよび６Ｌとシース９の間に、冷却水が流れる隙間部１８が形成されている。隙間部１８に面するシース９の内面に、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質、すなわち、Ｃｒの皮膜１０が形成されている。この皮膜１０は、Ｃｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆの少なくとも１つによって形成される。皮膜１０に含まれるＣｒが溶出するので、シース９の腐食を抑制できる。【選択図】図２
2010164508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハフニウム部材及びステンレス鋼部材を有し、このステンレス鋼部材が、制御棒に含まれる他の部材との間に形成される幅が１ｍｍ未満の隙間部に面しており、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜が、前記ステンレス鋼部材の前記隙間部に面する表面に形成されていることを特徴とする制御棒。
【請求項２】
タイロッドと、前記タイロッドの上端部に取り付けられたハンドル部材と、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドル部材に取り付けられ、下端部が前記下部支持部材に取り付けられ、さらに、前記タイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしていて前記タイロッドから四方に伸びる、４つの前記ステンレス鋼部材であるシースとを備え、
前記ハフニウム部材が前記シース内に配置され、
前記皮膜が、前記ハフニウム部材と前記シースの間に形成された前記隙間部に面する前記シースの内面に形成されている請求項１に記載の制御棒。
【請求項３】
前記皮膜が、前記シースの上端と、前記上端から、下方に向かって、前記シースの全長の１／１０離れた位置との間に形成されている請求項２に記載の制御棒。
【請求項４】
タイロッドと、前記タイロッドの上端部に取り付けられたハンドル部材と、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドル部材に取り付けられ、下端部が前記下部支持部材に取り付けられ、さらに、前記タイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしていて前記タイロッドから四方に伸びる、４つの前記ステンレス鋼部材であるシースとを備え、
前記ハフニウム部材が前記シース内に配置され、
前記皮膜が、前記シースの前記タイロッドと対向する部分に形成されている請求項１に記載の制御棒。
【請求項５】
タイロッドと、前記タイロッドの上端部に取り付けられたハンドル部材と、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドル部材に取り付けられ、下端部が前記下部支持部材に取り付けられ、さらに、前記タイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしていて前記タイロッドから四方に伸びる、４つの前記ステンレス鋼部材であるシースとを備え、
前記ハフニウム部材が前記シース内に配置され、
前記皮膜が、前記シースの前記ハンドル部材と対向する部分に形成されている請求項１に記載の制御棒。
【請求項６】
前記皮膜が、前記ハフニウム部材と前記シースの間に形成された前記隙間部に面する前記シースの内面にも形成されている請求項４または５に記載の制御棒。
【請求項７】
タイロッドと、前記タイロッドの上端部に取り付けられたハンドル部材と、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドル部材に取り付けられ、下端部が前記下部支持部材に取り付けられ、さらに、前記タイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしていて前記タイロッドから四方に伸びる、４つのステンレス鋼部材であるシースと、前記シース内に配置されたハフニウム部材とを備え、
クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜が表面に形成された隙間保持部材を、前記ハフニウム部材と前記シースの間に形成された幅が１ｍｍ未満の隙間部内に配置することを特徴とする制御棒。
【請求項８】
クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する前記物質として、クロム、亜鉛、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、及びこれらの物質のうち二種類以上の物質を含む金属化合物のいずれかを用いている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の制御棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉は、複数の燃料集合体が装荷された炉心を原子炉圧力容器内に有している。これらの燃料集合体内に存在する核燃料物質に含まれたウラン２３５が、中性子を吸収して核分裂を起こし、熱を発生する。炉心に供給された炉水（冷却水）は、その熱によって加熱されて沸騰し、一部が蒸気になる。炉心内では、上記の核分裂によって新たに発生する中性子が他のウラン２３５を分裂させる連鎖反応が起きている。
【０００３】
核分裂の連鎖反応量を制御するため、中性子吸収材を内部に収納する制御棒が用いられている。このうち、沸騰水型原子炉で通常使用される制御棒は、横断面が十字形をしており、４体の燃料集合体のチャンネルボックスの相互間に形成される間隙（飽和水領域）内に挿入される。４体の燃料集合体にて構成される１つのセル当たり１体の制御棒が設けられる。制御棒は、下端部が制御棒駆動機構に連結され、制御棒駆動機構の駆動によって炉心に挿入され、または炉心から引抜かれる。制御棒は、反応度制御及び出力分布の調整に用いられる重要機器である。
【０００４】
沸騰水型原子炉に用いられる従来の制御棒の構造を簡単に説明する。この制御棒は、ハンドルがタイロッドの上端部に、落下速度リミッタがタイロッドの下端部にそれぞれ接合され、タイロッドの中心軸に位置するタイロッドから四方に伸びる４枚のブレードを有している。各ブレードは、タイロッドに取り付けられたＵ字状のステンレス鋼製のシースを有し、このシース内に、中性子吸収材を収納した複数の中性子吸収棒を配置している（特開２００２−２５７９６８号公報参照）。特開２００２−２５７９６８号公報は、さらに、シースの軸方向においてシースの端面に複数の突出部を形成し、これらの突出部をタイロッドにレーザ溶接によって接合することを記載している。また、中性子吸収棒の替りに、タイロッドに接合されるＵ字状のシース内にハフニウム板を配置した制御棒も知られている（特開平２−１０２９９号公報、特開平８−１０５９８９号公報及び特開平９−６１５７６号公報参照）。
【０００５】
制御棒に含まれるハフニウム部材は、中性子を吸収するため表面温度が高くなる。ハフニウム部材を冷却するために、シースの内面とハフニウム部材との間に隙間部が形成され、この隙間部に冷却水が導入される。この隙間部内では、冷却水に含まれる酸素が消費される。隙間部内に存在して溶存酸素量が少ない冷却水と、隙間部の外部に存在して溶存酸素量が多い冷却水との間に、酸素濃淡電池が形成される。このため、隙間部内では腐食反応が継続しやすい環境が形成される。
【０００６】
また、原子炉で用いられるステンレス鋼部材が面する隙間部は、放射線照射、溶接残留応力、隙間構造の３つの要因が重畳するため、更に反応が進みやすい環境になる。
【０００７】
例えば、制御棒は原子炉の炉心に配置されるので、ステンレス鋼製のシースに対しては、核燃料の核分裂反応により発生する中性子及びγ線の照射による材料劣化及び酸化環境，製造過程でのシースとタイロッド、及びシースとハンドルとの溶接により発生する引張残留応力、及びシースとハフニウム部材との間の隙間腐食環境の３つの要因が重なっている。このため、シースは、隙間腐食が発生しやすい環境にさらされていることが懸念される。
【０００８】
シースとハフニウム部材の間に形成される隙間部の幅を所定幅に保持する技術も提案されている。例えば、シースの応力腐食割れ（ＳＣＣ）を防ぐために、ハフニウムを含む希釈合金板内に複数の中性子吸収棒を挿入して構成された中性子吸収部材とシースの間に形成される間隙を所定幅に保持した制御棒が、特開平１−２８４７９６号公報に記載されている。その間隙の保持は、シースに形成された複数の窪み部の内面を中性子吸収部材の表面に接触させることによって行われる。ハフニウム板で構成された中性子吸収部材とシースの間の間隙を所定幅に保持する技術は、特開昭６０−６０５８５号公報及び特開平４−２８９４９０号公報にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５７９６８号公報
【特許文献２】特開平２−１０２９９号公報
【特許文献３】特開平８−１０５９８９号公報
【特許文献４】特開平９−６１５７６号公報
【特許文献５】特開平１−２８４７９６号公報
【特許文献６】特開昭６０−６０５８５号公報
【特許文献７】特開平４−２８９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、隙間部を回避する構造の採用、及び隙間部の幅の拡大により対策することが一般的に行われている。
【００１１】
しかしながら、制御棒においては、ハフニウム部材の冷却のために、シースの内面とハフニウム部材の間に形成される隙間部を無くすことはできない。また、この隙間部の幅を大きくすると、向かい合っているシースの内面相互間の間隔が大きくなり、ブレードの厚みが増すことになる。制御棒は炉心に装荷された燃料集合体の相互間に形成された間隙に挿入されるので、ブレードの厚みを厚くすることはできない。
【００１２】
特開平１−２８４７９６号公報に記載されているようにシースの一部を窪ませて、または隙間保持部材を別に用いてシースの内面とハフニウム部材の間に形成される隙間部を所定幅に保持する場合でもシースに隙間腐食が生じる可能性がある。シースの一部とハフニウム部材の接触部付近、または隙間保持部材とシースの接触部付近に、シース内面とハフニウム部材の間に形成される隙間部の幅よりも狭い隙間が新たに形成される。この新たに形成された隙間に面する、シースの内面付近に、隙間腐食が生じる可能性がある。
【００１３】
このため、ブレードの厚みを厚くしないで、制御棒に形成される隙間部に向かい合っているステンレス鋼部材の腐食の可能性を低減することが望まれる。
【００１４】
本発明の目的は、ステンレス鋼部材の隙間腐食を抑制することができる制御棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ハフニウム部材及びステンレス鋼部材を有し、このステンレス鋼部材が、制御棒に含まれる他の部材との間に形成される幅が１ｍｍ未満の隙間部に面しており、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜が、ステンレス鋼部材のその隙間部に面する表面に形成されていることにある。
【００１６】
原子炉の運転中において、皮膜に含まれる物質が溶出するので、ステンレス鋼部材の腐食を抑制することができる。
【００１７】
好ましくは、上記の他の部材が、ハフニウム部材であることが望ましい。
【００１８】
クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜が表面に形成された隙間保持部材を、ハフニウム部材とシースの間に形成された幅が１ｍｍ未満の隙間部内に配置することによっても、上記した目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、制御棒に含まれるステンレス鋼部材の隙間腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の、沸騰水型原子炉に適用される制御棒の側面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII部の拡大図である。
【図４】制御棒に照射される中性子照射量の制御棒軸方向における分布を示す説明図である。
【図５】隙間部内の腐食電位の測定結果の一例を示す説明図である。
【図６】鉄、ニッケル及びクロムのｐＨ−電位図である。
【図７】皮膜を形成する物質の反応及び酸化還元電位を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の、沸騰水型原子炉に適用される制御棒の側面図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例３の、沸騰水型原子炉に適用される制御棒の横断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４の、沸騰水型原子炉に適用される制御棒の横断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例５の、沸騰水型原子炉に適用される制御棒の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明者らは、制御棒において、隙間部に向かい合っているステンレス鋼部材の隙間腐食を抑制する対策について種々の検討を行った。この検討結果を以下に説明する。
【００２２】
隙間腐食は、隙間部内で酸化反応が発生し隙間部外で還元反応が発生することによって進行する。隙間腐食の駆動力は隙間部内に存在する水に含まれた溶存酸素などの酸化剤である。隙間部外に比べ隙間部内には酸化剤が供給されにくくなるため、隙間部内に存在する酸化剤の含有量が少ない水と隙間部外に存在する酸化剤の含有量が多い水との間で形成される、酸化剤の濃淡電池が、ステンレス鋼部材の腐食反応を継続する。放射線照射は隙間部外の酸化剤濃度を増加させ、引張残留応力の増加は腐食反応を活性化するので、前述した３つの要因の全てが重畳したとき、ステンレス鋼部材の腐食発生時期及び腐食進行速度を加速する可能性がある。特に、図４に示すように、制御棒のシースの上端（ハンドル付近に位置する）の位置と、この上端から下方に向かった、シースの軸方向の全長Ｌ０の１／１０の位置との間で、シースに対する中性子の照射量が多くなっている。このため、中性子の照射量が増加するその範囲内でのステンレス鋼部材（例えば、シース）の腐食の可能性が高まることが懸念される。
【００２３】
ハフニウム部材を用いた制御棒は、シースとハンドルの溶接、及びシースとタイロッドの溶接に伴い、シース表面に引張残留応力が発生する。引張残留応力を低減させるために、溶接した部材を熱処理することが知られている。しかしながら、制御棒にその熱処理を適用することは、構造及び寸法精度の制約上、困難である。
【００２４】
制御棒内における隙間腐食環境は、ステンレス鋼部材であるシースとハフニウム部材の間に形成された隙間部に、炉心に供給される冷却水に含まれる不純物及び腐食生成物などが堆積することによって、もたらされると、発明者らは考えている。すなわち、制御棒内における隙間腐食環境は、隙間部への上記した不純物及び腐食生成物などの堆積によって、隙間部内を流れる冷却水の流れが澱んで生じると思われる。この制御棒内における隙間腐食環境の発生が、制御棒において、ステンレス鋼部材における腐食の発生に寄与するのである。シースとハフニウム部材の間に形成される隙間部の幅は、設計値に基づいて設定される。しかしながら、原子炉の運転中に制御棒が炉心に挿入されているとき、シース内でハフニウム部材の位置が変化し、ハフニウム部材の一つの側面が面する隙間部の幅が狭くなり、他方の側面が面する隙間部の幅が広くなる可能性がある。隙間部の幅が狭くなると、腐食生成物等が堆積しやすくなる。
【００２５】
発明者らは、以上に述べた検討結果を踏まえ、制御棒に用いられるステンレス鋼部材の腐食を抑制する対策案を考えた。この結果、発明者らは、隙間部の内部とその外部に形成される酸化剤濃淡電池によって進行する腐食による溶解成分を見出し、予め、その溶解成分の代替物質の皮膜をステンレス鋼部材の隙間部に面する表面に形成すれば良いとの結論に達した。さらに、代替案として、その代替物質の皮膜を表面に形成した隙間保持部材を、ハフニウム部材とステンレス鋼部材の間に形成される隙間部内に配置し、この隙間部の幅を所定幅に保持する対策案を、発明者らが新たに考え出した。
【００２６】
これらの対策案を考え出した経緯を、さらに詳細に説明する。
【００２７】
発明者らは、原子炉内の環境を模擬して、隙間部に面するステンレス鋼部材の腐食実験を行った。圧力が８ＭＰａ及び温度が２８０℃で原子炉内よりも高濃度条件とした溶存酸素濃度が８ｐｐｍの水中に、隙間部を形成したステンレス鋼部材の試験片を浸漬させて実験を行った。ステンレス鋼部材間の隙間部の幅が０．２ｍｍ、その隙間部の幅が１ｍｍ及びその隙間部の幅が０ｍｍ（隙間無し）である３種類の試験片を用意し、それぞれの試験片における隙間部内の腐食電位を測定した。この実験結果を、図５に示す。幅が０．２ｍｍの隙間部内の腐食電位は、隙間部の外におけるそれよりも低い電位で、−０．５Ｖ程度である。幅が１ｍｍの隙間部内の腐食電位は、隙間無しのそれと同程度の電位である。腐食電位の測定結果から、隙間無しのケースと腐食電位の差が小さい１ｍｍ以上の幅を有する隙間部に面しているステンレス鋼部材は、隙間腐食が起きにくいと予想される。このため、発明者らは、幅が１ｍｍ未満の隙間部に面するステンレス鋼部材に対して、隙間腐食を抑制する対策を施せばよいと考えた。
【００２８】
さらに、発明者らは、図５に示す隙間部内の腐食電位の測定結果に基づいて、腐食により隙間部内の水中に溶解している物質を見出した。すなわち、発明者らは、腐食電位の測定結果及び図６に示すｐＨ−電位図に基づいて、ステンレス鋼部材における溶解反応がステンレス鋼部材に含まれているＣｒの溶解反応であると考えた。隙間部外に比べ、隙間部内は腐食電位が低く、その電位が隙間部に面するステンレス鋼部材に含まれるクロムの溶解電位である。
【００２９】
そこで、発明者らは、隙間部に面する、ステンレス鋼部材の表面に、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜を形成すれば良いとの結論に達した。その物質の皮膜を、隙間部に面するステンレス鋼部材の表面に形成することによって、その皮膜を形成する物質が犠牲溶解し、ステンレス鋼部材の溶解、すなわち、その腐食を防止することができる。
【００３０】
クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質として、反応式及び酸化還元電位を考慮すれば、図７に示すＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれか１つ、またはＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのうち二種類以上を含む金属化合物を用いることができる。図７は、室温での上記した各物質の酸化還元電位、及び制御棒が使用される原子炉内の、定格出力運転時の温度である２８０℃での上記した各物質の酸化還元電位を示している。ここで、標準電極電位は各物質が金属からイオンとして溶解する反応を考慮して選定した。上記した皮膜を形成する物質として上記した各物質のうちどの物質を用いるかは、対象とする隙間部の環境に応じ、反応式及び温度を考慮して選定することが望ましい。
【００３１】
隙間部内で不純物及び腐食生成物などの堆積によって隙間部内における冷却水の流れが澱んでいる状態で、皮膜を形成する物質が隙間部内のその澱んでいる水に溶解した場合には、澱んだ水中において、皮膜から溶解した物質の濃度が次第に高くなる。このため、皮膜を形成する物質の溶解反応が平衡状態になる。隙間部の特徴として、隙間部の外部から隙間部の内部への酸化剤の供給が無くなると共に、逆に、隙間部の内部から隙間部の外部への溶解物質の移動も制限される。この結果、隙間部に面するステンレス鋼部材の表面に形成された皮膜の溶解反応が飽和するため、ステンレス鋼部材の腐食を抑制することができる。なお、隙間部内に不純物及び腐食生成物などが堆積しなくて冷却水が澱みを生じないで流れている場合には、皮膜から溶解した物質も冷却水の流れと共に隙間部外に流出する。この場合には、隙間部内で冷却水の澱みが生じなく、隙間部内に隙間腐食環境が形成されないので、ステンレス鋼部材の腐食が発生しない。
【００３２】
クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜の、ステンレス鋼部材表面への形成は、その物質を化学的あるいは電気的にメッキする、熱溶解したその物質の酸化物を吹き付ける、またはその物質を蒸着することによって行うことができる。
【００３３】
前述したように、制御棒においては、シースの上端（ハンドル付近に位置する）の位置と、この上端から、下方に向かった、シースの軸方向の全長１／１０の位置との間で、中性子の照射量が多くなる。このため、シースの内面全体ではなく、シースの上端の位置と、この上端から、下方に向かった、シースの軸方向の全長１／１０の位置との間で、シースの内面に、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜を形成することも可能である。
【００３４】
シースの内面に、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜を形成する替りに、表面にクロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質の皮膜を形成した隙間保持部材を、シースの内面とハフニウム部材の間に形成される隙間部内に配置し、隙間保持部材に形成された皮膜をシースの内面及びハフニウム部材の表面に接触させても良い。
【００３５】
以上に述べた検討結果を考慮して得られた、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３６】
本発明の好適な一実施例である実施例１の、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒を、図１、図２及び図３を用いて説明する。本実施例の制御棒１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で用いられる制御棒である。
【００３７】
この制御棒１は、横断面が十字形をしていて軸心にタイロッド３が配置され、このタイロッド３から四方に伸びる４枚のブレード２を有する。ハンドル４がタイロッド３の上端部に取り付けられ、下部支持部材５がタイロッド３の下端部に取り付けられる。下部支持部材５は、下部支持板または落下速度リミッタである。ローラ１１が回転可能に下部支持部材５に取り付けられる。このローラ１１は、炉心に装荷されている燃料集合体（図示せず）のチャンネルボックスの外面と接触し、制御棒１を燃料集合体間で円滑に移動させる機能を有する。
【００３８】
各ブレード２は、横断面がＵ字状をしているシース９、扁平な筒、例えば楕円形状の筒であるハフニウム部材６Ｕ，６Ｌを有する（図１及び図２参照）。シース９はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６Ｌ等）によって構成される。シース（ステンレス鋼部材）９の上端はハンドル４に溶接され、シース９の下端は下部支持部材５に溶接されている。シース９のＵ字の両端部には、複数のタブ（突出部）１２が軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。タブ１２は、シース９の一部であるが、タイロッド３側に向かって突出している部分である。これらのタブ１２は溶接にてタイロッド３に接合されている。上記したシース９とタイロッド３の接合は、例えば、レーザ溶接によって行われる。シース９とハンドル４及び下部支持板５との接合は、例えば、ＴＩＧ溶接によって行われる。
【００３９】
Ｕ字状に折り曲げられた各シース９内に形成される空間内に、２つのハフニウム部材６Ｕ及び２つのハフニウム部材６Ｌが配置されている。ハフニウム部材６Ｕはハフニウム部材６Ｌの上方に位置しており、これらの軸方向の長さは同じである。ハフニウム部材６Ｕは、ハンドル４の下端部に形成された舌状部７Ａにピン８Ａで取り付けられている。ハフニウム部材６Ｌは、下部支持部材５の上端部に形成された舌状部７Ｂにピン８Ｂで取り付けられている。ハフニウム部材６Ｕは上端部がハンドル４に取り付けられ、ハフニウム部材６Ｌが下部支持部材５に取り付けられている。これらのハフニウム部材は中性子吸収部材である。ＢＷＲの運転中においてハフニウム部材６Ｕ，６Ｌが熱膨張してもそれらのハフニウム部材が互いに接触しないように、ハフニウム部材６Ｕの下端とハフニウム部材６Ｌの上端との間のギャップ（図示せず）が形成されている。図１において、Ｌ０はシース９の軸方向における全長を示している。
【００４０】
制御棒１は、ＢＷＲの原子炉圧力容器内に配置され、原子炉出力を制御するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒駆動機構（図示せず）によって出し入れされる。制御棒１は、下部支持部材５の下端部に設けられたコネクタ１３によって原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動装置に連結される。制御棒駆動装置は、制御棒１の炉心内への挿入操作、及び制御棒１の炉心からの引き抜き操作を行う。原子炉圧力容器内を流れる冷却水（冷却材）は、シース９に形成された一部の開口１４及びシース９の最下端部に形成された複数の開口１５Ｌからシース９内に流入し、シース９の内面とハフニウム部材６Ｕ及び６Ｌの表面の間に形成される隙間部１８（図３参照）を通って上昇する。この冷却水は、ハフニウム部材６Ｕ，６Ｌを冷却して他の開口１４（特に上端部に位置する開口１４）及びシース９の最上端部に形成された複数の開口１５Ｕからシース９の外に流出する。シース９内に流入した冷却水は、ハフニウム部材６Ｕに設けられた小径の開口１７を通ってハフニウム部材６Ｕ内に流入し、また、ハフニウム部材６Ｌに形成された小径の開口１６を通ってハフニウム部材６Ｌ内に流入する。このように、冷却水がハフニウム部材６Ｕ，６Ｌ内に流入することによって、これらのハフニウム部材の冷却効果が増大される。隙間部１８の幅は、０．２ｍｍである。
【００４１】
本実施例の制御棒１は、図２に示すように、シース９の内面全体に、クロムの酸化還元電位以下の酸化還元電位を有する物質、すなわち、Ｃｒの皮膜１０を形成している。この皮膜１０は、シース９の内面とハフニウム部材６Ｕ及び６Ｌの各側面との間に形成される隙間部１８に面している。制御棒１が沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内の炉心に配置され、沸騰水型原子炉の運転が行われているとき、皮膜１０は、隙間部１８内を流れる高温の冷却水に接触している。皮膜１０を形成しているＣｒが少しずつその冷却水中に溶解する。このため、シース９に含まれるＣｒの冷却水への溶出、すなわち、シース９の腐食が抑制される。
【００４２】
本実施例によれば、制御棒１内でシース９とハフニウム部材６Ｕ及び６Ｌとの間に形成される隙間部１８に面するシース９の内面にＣｒの皮膜１０を形成しているので、ステンレス鋼部材であるシース９の腐食を防止することができる。
【００４３】
皮膜１０は、シース９の内面全体ではなく、シース９の内面のうち、ハフニウム部材６Ｕ及び６Ｌの各側面と対向する部分のみに形成しても良い。また、皮膜１０を、Ｃｒではなく、Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれか１つ、またはＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのうちの２つ以上を含む金属化合物を用いて形成しても良い。
【実施例２】
【００４４】
本発明の他の実施例である実施例２の、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒を、図８及び図９を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ａも、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で用いられる制御棒である。制御棒１Ａは、制御棒１においてシース９の内面に形成された皮膜１０の軸方向の長さを制限した構成を有する。制御棒１Ａの他の構成は制御棒１と同じである。
【００４５】
シース９の軸方向の全長をＬ０とする。前述したように、シース９は、シース９の上端と、この上端から、下方に向かって、長さＬ１（＝Ｌ０／１０）だけ離れた位置との間で、内面にＣｒの皮膜１０を形成している。
【００４６】
本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。本実施例は、皮膜１０を形成する範囲が少ないので、コストを低減することができる。
【００４７】
皮膜１０を、Ｃｒではなく、Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれか１つ、またはＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのうちの２つ以上を含む金属化合物を用いて形成しても良い。
【実施例３】
【００４８】
本発明の他の実施例である実施例３の、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒を、図１０を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｂも、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で用いられる制御棒である。制御棒１Ｂは、制御棒１においてシース９の内面に皮膜１０を形成する替りに、表面にＣｒの皮膜を形成した隙間保持部材２０を用いている。制御棒１Ｂの他の構成は制御棒１と同じである。隙間保持部材２０の表面に形成する皮膜を、Ｃｒではなく、Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれか１つ、またはＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのうちの２つ以上を含む金属化合物を用いて形成しても良い。
【００４９】
この隙間保持部材２０は、ハフニウム部材６Ｕの両側面と、それぞれの側面に対向しているシース９の内面との間にそれぞれ配置されている。隙間保持部材２０の横断面の形状は円形をしている。隙間保持部材２０は、ハフニウム部材６Ｕの側面及びシース９の内面にそれぞれ接触している。隙間保持部材２０によって、ハフニウム部材６Ｕとシース９の内面の間に形成される隙間部１８の幅が、所定の幅に保持される。図示されていないが、隙間保持部材２０は、ハフニウム部材６Ｌの両側面と、それぞれの側面に対向しているシース９の内面との間にそれぞれ配置されている。
【００５０】
本実施例は、隙間保持部材２０によって隙間部１８の幅の減少変動を抑制できるので、隙間部１８内で腐食生成物等が堆積することを防止できる。このため、隙間部１８が隙間腐食環境になることを防止でき、シース９の腐食を防止することができる。隙間保持部材２０の皮膜に含まれているＣｒが、隙間部１８内の、不純物及び腐食生成物などの堆積によって流れが澱んでいる冷却水中に溶出するので、シース９に含まれるＣｒの溶出が抑制される。隙間保持部材２０の皮膜に含まれるＣｒの溶出によって、シース９の内面の、隙間保持部材２０と接触する部分での腐食を、抑制することができる。
【００５１】
隙間保持部材２０の横断面の形状は、楕円または矩形であってもよい。長さＬ１（＝Ｌ０／１０）の隙間保持部材２０を、シース９の上端と、この上端から、下方に向かって、この上端から、下方に向かって、長さＬ１だけ離れた位置との間に配置してもよい。
【実施例４】
【００５２】
本発明の他の実施例である実施例４の、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒を、図１１を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｃも、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で用いられる制御棒である。制御棒１Ｃは、制御棒１においてハフニウム部材６Ｕ，６Ｌを複数のハフニウム棒６Ａに替えた構成を有する。ハフニウム棒６Ａはハフニウム部材の一種である。制御棒１Ｃの他の構成は制御棒１と同じである。シース９の内面に形成されたＣｒの皮膜１０を、Ｃｒではなく、Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれか１つ、またはＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのうちの２つ以上を含む金属化合物を用いて形成しても良い。
【００５３】
本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【実施例５】
【００５４】
本発明の他の実施例である実施例５の、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒を、図１２を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｄも、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で用いられる制御棒である。制御棒１Ｄは、制御棒１においてシース９の内面に形成した皮膜１０の替りに、シース９の内面のうちタイロッド３に面する部分にＣｒの皮膜２１を形成した構成を有する。制御棒１Ｄの他の構成は制御棒１と同じである。
【００５５】
シース９の一部である複数のタブ１２が、実施例１で述べたように、タイロッド３に溶接されている。これらのタブ１２とタイロッド３の間に隙間部が形成される。この隙間部に面するシース９の内面、すなわち、タブ１２の内面に、皮膜２１が形成されている。また、この隙間部に面するタイロッド３の表面に皮膜２１を形成してもよい。
【００５６】
本実施例は、皮膜２１の形成によって、シース９のタブ１２での腐食を防止することができる。
【００５７】
タブ１２の内面に形成されたＣｒの皮膜２１を、Ｃｒではなく、ＺＺｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれか１つ、またはＣｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのうちの２つ以上を含む金属化合物を用いて形成しても良い。本実施例において、実施例１または実施例２のように、隙間部１８に面するシース９の内面に、皮膜１０を形成してもよい。
【００５８】
シース９の上端がハンドル４に溶接されるが、シース９とハンドル４の間にも隙間部が形成される。このため、この隙間部に面するシース９の内面、もしくはハンドル４表面にＣｒ等の皮膜を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…制御棒、２…ブレード、３…タイロッド、４…ハンドル、５…下部支持部材、６Ａ…ハフニウム棒、６Ｕ，６Ｌ…ハフニウム部材、９…シース、１０，２１…皮膜、１２…タブ、１８…隙間部、２０…隙間保持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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