(57)【要約】【課題】地震発生時にさらに短時間で炉心に挿入できる制御棒を提供する。【解決手段】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４が配置され、このタイロッド４から四方に伸びる４枚のブレード２を有する。ハンドル５がタイロッド４の上端部に取り付けられ、下部支持部材８がタイロッド４の下端部に取り付けられる。各ブレード２は、横断面がＵ字状をしているシース６、扁平な筒であるハフニウム部材３Ｕ，３Ｌを有する。ハンドル５の厚みｔ２は、ブレード２の厚み、すなわち、シース６の両外面間の厚みｔ１よりも薄くなっている。下部支持部材８の厚みｔ３も、ブレード２の厚みｔ１よりも薄くなっている。地震発生時に制御棒１が炉心内に急速挿入されるとき、厚みの薄いハンドル５及び下部支持部材８が炉心内の構成物に接触するとたわみやすい。このため、制御棒１が炉心に挿入されやすくなる。【選択図】図１
2010230607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御棒の軸心から四方に伸びるブレードと、前記ブレードの上端部に接合されたハンドルと、前記ブレードの下端部に接合された下部支持部材とを備えた横断面が十字形をしている制御棒において、前記ハンドルと前記ブレードの接合位置から前記ハンドルの上端に亘って、前記ハンドルの厚みが、前記ブレードの厚みよりも薄くなっていることを特徴とする制御棒。
【請求項２】
制御棒の軸心から四方に伸びるブレードと、前記ブレードの上端部に接合されたハンドルと、前記ブレードの下端部に接合された下部支持部材とを備えた横断面が十字形をしている制御棒において、前記下部支持部材の厚みが前記ブレードの厚みよりも薄くなっていることを特徴とする制御棒。
【請求項３】
前記下部支持部材の厚みが前記ブレードの厚みよりも薄くなっている請求項１に記載の制御棒。
【請求項４】
前記ハンドルの厚みは、前記ハンドルと前記ブレードの接合部では、前記接合位置から離れるにしたがって徐々に薄くなっている請求項１に記載の制御棒。
【請求項５】
前記下部支持部材の厚みは、前記下部支持部材と前記ブレードの接合部では、前記下部支持部材と前記ブレードの接合位置から離れるにしたがって徐々に薄くなっている請求項２または３に記載の制御棒。
【請求項６】
前記ブレードが、中性子吸収部材、及び前記中性子吸収部材を取り囲み前記中性子吸収部材との間に間隙を形成するシースを含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御棒。
【請求項７】
前記ブレードが、金属部材、及び前記金属部材に形成された複数の孔部内に配置された中性子吸収部材を含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御棒。
【請求項８】
制御棒の軸心から四方に伸びるブレードと、前記ブレードの上端部に接合されたハンドルと、前記ブレードの下端部に接合された下部支持部材とを備えた横断面が十字形をしている制御棒において、前記下部支持部材の剛性が前記ブレードの剛性よりも小さくなっていることを特徴とする制御棒。
【請求項９】
横断面が十字形をしており、互いに溶接にて結合されて軸方向に並んで配置された複数のセグメントを備え、
最も上方に位置する前記セグメントである第１セグメントが、１枚の金属板から加工された、ハンドル部及び前記軸方向に伸びて中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収材充填孔を形成している複数の中性子吸収材充填部をそれぞれ有する一対のブレードエレメントを十字形に組み合せて構成され、
最も下方に位置する前記セグメントである第２セグメントが、下部支持部及び前記軸方向に伸びて中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収材充填孔を形成している複数の中性子吸収材充填部をそれぞれ有する一対のブレードエレメントを十字形に組み合せて構成され、
前記第１セグメントと前記第２セグメントの間に配置された他の前記セグメントである少なくとも１つの第３セグメントは、前記軸方向に伸びて中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収材充填孔を形成している４つの中性子吸収材充填部を、十字形に組み合せて構成され、
前記セグメント同士が、隣り合う前記セグメントの前記中性子吸収材充填部同士の溶接によって結合されており、
前記ハンドル部及び下部支持部の少なくとも１つの厚みが、それぞれの前記中性子吸収材充填部の厚みよりも薄くなっていることを特徴とする制御棒。
【請求項１０】
前記第２セグメントは、１枚の金属板から加工された、前記下部支持部及び前記複数の中性子吸収材充填部をそれぞれ有する前記一対のブレードエレメントを含んでいる請求項９に記載の制御棒。
【請求項１１】
前記セグメントに形成された各々の前記中性子吸収材充填孔の、前記中性子吸収材の充填時に開放されている端部にそれぞれ挿入した各端栓の全周を、前記セグメントの筐体に溶接することによって、前記セグメントに第１封止部を形成している請求項９または１０に記載の制御棒。
【請求項１２】
前記セグメント同士の結合が、溶接によって前記第１封止部を被う第２封止部を形成することによって行われた請求項１１に記載の制御棒。
【請求項１３】
前記第１セグメントに形成されたそれぞれの前記中性子吸収材充填孔内に充填された前記中性子吸収材がハフニウムであり、前記第２及び第３セグメントに形成された複数の中性子吸収材充填孔のうち、少なくとも、前記第２及び第３セグメントの外側端部に位置する前記中性子吸収材充填孔を除いた複数の前記中性子吸収材充填孔に、異なる前記中性子吸収材である炭化ホウ素を充填している請求項９ないし１２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】
沸騰水型原子炉において使用される従来の制御棒は、横断面が概略十字形であり、中性子吸収材を装填したブレード、ブレードの上端に接合されたハンドル、及びブレードの下端に接合された下部支持板（または落下速度リミッター）を備えている。沸騰水型原子炉に用いられる制御棒の一例が、例えば、特開平２−１０２９９公報、特開２００２−７１８６８号公報及び特開平９−６１５７６号公報に記載されている。これらの制御棒は、ブレードを構成するＵ字状のシース内に中性子吸収部材であるハフニウムを配置している。
【０００３】
例えば、特開平９−６１５７６号公報に記載された制御棒は、以下のような構成を有する。ハンドルが軸心となる概略十字形の横断面形状を有するタイロッドの上端部に取り付けられ、下部支持部材（下部支持板または落下速度リミッター）がタイロッドの下端部に取り付けられている。ステンレス鋼製の横断面がＵ字状をしているシースの両側端がタイロッドに溶接されている。さらに、シースの上端がハンドルに、シースの下端が下部支持部材にそれぞれ溶接されている。横断面が楕円形状をしているハフニウム部材がシース内に配置される。
【０００４】
複数の制御棒が沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられている。沸騰水型原子炉の運転停止中では、これらの制御棒は、全て、原子炉圧力容器内に配置された炉心内に全挿入されている。沸騰水型原子炉の運転中では、大部分の制御棒が炉心から全引き抜きされており、一部の制御棒が炉心に挿入されて原子炉出力の制御に用いられる。原子炉の運転を停止するときには、全ての制御棒が炉心に挿入される。
【０００５】
地震発生時には、原子炉の運転を停止するために全ての制御棒が炉心に緊急挿入（スクラム）される。この時、地震の揺れにより炉心内に装荷されている燃料集合体のチャンネルボックスがたわむので、挿入される制御棒とチャンネルボックスが接触し、チャンネルボックスとの間で発生する摩擦力が制御棒に作用する。このため、地震発生時のスクラム時間が、地震が発生していない通常時のスクラム時間より長くなる。
【０００６】
制御棒の炉心への挿入性を改善する対策が、種々提案されている。特開昭６１−１７９７９号公報に記載された制御棒は、ハンドル（またはブレード）にローラを設けている。このローラは、制御棒が炉心に挿入されるときチャンネルボックスと接触して回転する。このため、制御棒を炉心に挿入するときに発生する摩擦抵抗が、ローラの回転によって小さくなり、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性が改善される。
【０００７】
炉心に装荷された燃料集合体のチャンネルボックスの側壁がクリープ変形を起こし、チャンネルボックスの側壁の横断面中央部が外側に向って膨張する。特開平３−２１５７８９号公報に記載された制御棒は、このようなクリープ変形を起こしたチャンネルボックスが炉心内に存在した場合でも、炉心内への挿入性を高めたものである。この制御棒は、ハンドルの肉厚をブレードにおけるシースの両外面間の幅よりも薄くし、ブレードの先端部付近でハンドルの両側面にガイドパッドを設けている。ガイドパッドは、クリープ変形を起こしたチャンネルボックスの側壁の中央部の変形を避けるように配置している。このため、特開平３−２１５７８９号公報に記載された制御棒は、チャンネルボックスがクリープ変形している場合でも、炉心からの引き抜き及び炉心への挿入を容易に行うことができる。ガイドパッドは、チャンネルボックスのコーナー部付近でチャンネルボックスの外面に接触し、挿入される制御棒をガイドする。
【０００８】
特開平８−２８５９７９号公報は、地震時における制御棒の炉心への挿入性を高めた沸騰水型原子炉を提案している。上端部が上部格子板によって支持される燃料集合体のチャンネルボックスに、板バネ、及び突起部である燃料パッドを有する横揺れ防止金具を設けている。上部格子板に接触した燃料パッドと、隣り合う燃料集合体で互いの板バネの接触する位置とが、同一水平面上に配置されている。燃料パッドと板バネの接触点の位置が同一水平面上に配置されているので、地震時における燃料集合体の横揺れを抑制することができる。上端部が燃料集合体間に挿入された制御棒が、特開平８−２８５９７９号公報の図１に記載されている。制御棒の上端部は、上端に向って厚みが減少している。特開平８−２８５９７９号公報の図１の制御棒に設けられている二重丸の部材は、特に説明がないが、ローラであると想定される。
【０００９】
特表２００２−５３３７３６号公報に説明された制御棒は、板材及び板材に開けた孔部内に中性子吸収材を充填して構成した４枚の各ブレードを備えている。孔部は、水平方向または上下方向に形成されている（図２ａ及び図２ｄ参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１０２９９公報
【特許文献２】特開２００２−７１８６８号公報
【特許文献３】特開平９−６１５７６号公報
【特許文献４】特開昭６１−１７９７９号公報
【特許文献５】特開平３−２１５７８９号公報
【特許文献６】特開平８−２８５９７９号公報
【特許文献７】特表２００２−５３３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特開昭６１−１７９７９号公報に記載された制御棒はハンドルにローラを設けているため、炉心に装荷された燃料集合体に設けられたチャンネルボックスと炉心に挿入された制御棒との間の間隙が、ローラの設置により狭められている。特開平３−２１５７８９号公報に記載された制御棒はハンドルにガイドパッドを設けている。この制御棒も、炉心に挿入されたときにチャンネルボックスとの間に形成される間隙がガイドパッドによって狭められている。特開平８−２８５９７９号公報に記載された制御棒は、上端に向って肉厚が減少しているが、特開昭６１−１７９７９号公報と同様に、ローラの設置により、炉心に挿入された制御棒とチャンネルボックスとの間に形成される間隙が狭められている。
【００１２】
これらの制御棒の地震時における炉心への挿入性を、さらに、高めることが望まれる。
【００１３】
特に、近年、耐震設計条件の見直しが行われており、地震時におけるチャンネルボックスの設計振幅が大きくなり、制御棒のスクラム挿入条件が厳しくなることが想定される。このため、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性の向上が、さらに求められる。
【００１４】
この地震発生時における制御棒の挿入性のさらなる向上は、構造が異なる全ての制御棒に対する共通の課題である。特に、照射誘起型応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）を抑制する制御棒として、シースと中性子吸収部材との間に隙間が形成されない制御棒（例えば、特表２００２−５３３７３６号公報参照）が注目されている。この制御棒は、一般的に剛性が高く、地震発生時における炉心への挿入性を改善する必要がある。
【００１５】
本発明の目的は、地震発生時にさらに短時間で炉心に挿入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】
【００１６】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ハンドルとブレードの接合位置からハンドルの上端に亘って、ハンドルの厚みが、ブレードの厚みよりも薄くなっていることにある。
【００１７】
ハンドルとブレードの接合位置からハンドルの上端に亘って、ハンドルの厚みが、ブレードの厚みよりも薄くなっているので、制御棒が炉心に挿入されたときに炉心内に装荷された燃料集合体とハンドルとの間に形成される間隙を広くすることができる。このため、地震発生時に制御棒が炉心に挿入されたとき、ハンドルが燃料集合体の側面に接触する確率が少なくなる。例え、そのときに、ハンドルが燃料集合体の側面に接触したとしても、ハンドルがたわみやすくなり、燃料集合体から受ける反力が小さくなる。これらに起因して、地震発生時において、制御棒の炉心への挿入性が向上し、地震発生後において原子炉をより短時間で停止することができる。
【００１８】
ハンドルは、ローラ、ガイド及びパッドなどのハンドルと燃料集合体の間に形成される間隙を狭くする部材を表面に設けていない。
【００１９】
上記した目的は、下部支持部材の厚みをブレードの厚みよりも薄くすることによっても達成できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地震発生時に、制御棒をさらに短時間で炉心に挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の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１のIII−III矢視図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】図１のVI−VI断面図である。
【図７】炉心に装荷された燃料集合体間に挿入された制御棒の状態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の制御棒の側面図である。
【図９】図８のIX−IX矢視図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例３の制御棒の側面図である。
【図１２】図１１のXII−XII断面図である。
【図１３】本発明の他の実施例である実施例４の制御棒の斜視図である。
【図１４】図１３に示す上端部セグメントの斜視図である。
【図１５】図１３に示す中央セグメントの斜視図である。
【図１６】図１３に示す下端部セグメントの斜視図である。
【図１７】上端部セグメントの一つの中性子吸収材充填部に形成された各中性子吸収材充填孔を密封する作業工程を示す説明図であり、（Ａ）は各中性子吸収材充填孔に中性子吸収材を充填した状態を示す説明図、（Ｂ）は各中性子吸収材充填孔に端栓を挿入した状態を示す説明図で、（Ｃ）は各端栓を溶接した状態を示す説明図、及び（Ｄ）は各端栓の端面に溶接開先部を形成した状態を示す説明図である。
【図１８】上端部セグメントの一つの中性子吸収材充填部と中央セグメントの一つの中性子吸収材充填部を溶接により結合する作業工程を示す説明図であり、（Ａ）は上端部セグメントの中性子吸収材充填部と中央セグメントの中性子吸収材充填部を対向させて配置した状態を示す説明図、（Ｂ）は上端部セグメントの中性子吸収材充填部と中央セグメントの中性子吸収材充填部を接触させた状態を示す説明図、及び（Ｃ）は上端部セグメントの中性子吸収材充填部と中央セグメントの中性子吸収材充填部を溶接により結合した状態を示す説明図である。
【図１９】溶接によって結合された４つのセグメントを含む、図１３に示す制御棒の１つのブレードの縦断面図である。
【図２０】制御棒の中性子吸収材有効長と高速中性子の照射量の関係を示す特性図である。
【図２１】制御棒の中性子吸収材有効長とスクラム終了時における軸荷重の関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の好適な一実施例である実施例１の制御棒を、図１〜図６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。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４が配置され、このタイロッド４から四方に伸びる４枚のブレード２を有する。ハンドル５がタイロッド４の上端部に取り付けられ、下部支持部材８がタイロッド４の下端部に取り付けられる。下部支持部材８は、下部支持板（または落下速度リミッター）である。ローラ１６が回転可能に下部支持部材８に取り付けられる。このローラ１６は、炉心に装荷されている燃料集合体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。
【００２４】
各ブレード２は、横断面がＵ字状をしているシース６、扁平な筒、例えば楕円形状の筒であるハフニウム部材３Ｕ，３Ｌを有する（図２参照）。シース６はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６Ｌ等）によって構成される。シース６の上端はハンドル５に溶接され、シース６の下端は下部支持部材８に溶接されている。シース６のＵ字の両端部には、複数のタブ（突出部）１８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１８は、シース６の一部であるが、タイロッド４側に向かって突出している部分である。これらのタブ１８は溶接にてタイロッド４に接合されている。
【００２５】
１つのブレード２のシース６内に形成される空間内に、２つのハフニウム部材３Ｕ及び２つのハフニウム部材３Ｌが配置されている。ハフニウム部材３Ｕはハフニウム部材３Ｌの上方に配置されており、これらの軸方向の長さは同じである。ハフニウム部材３Ｕは、ハンドル５の下端部に形成された舌状部１１Ｕにピン１２で取り付けられている。ハフニウム部材３Ｌは、下部支持部材８の上端部に形成された舌状部１１Ｌにピン１２で取り付けられている。ハフニウム部材３Ｕは上端部がハンドル５に取り付けられ、ハフニウム部材３Ｌが下部支持部材８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３Ｕ，３Ｌ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３Ｕの下端とハフニウム部材３Ｌの上端との間のギャップ（図示せず）が形成されている。
【００２６】
制御棒１は、原子炉出力を制御するために、ＢＷＲの原子炉圧力容器内に配置された炉心に装荷された４体の燃料集合体８間に、制御棒駆動機構（図示せず）によって出し入れされる（図７参照）。制御棒１は、下部支持部材８の下端部に設けられたコネクタ１７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。制御棒１が炉心内に完全に挿入された状態では、制御棒１のハフニウム部材３Ｌの下端（制御棒有効長の下端）が燃料集合体８の燃料有効長の下端に位置している。
【００２７】
原子炉圧力容器内を流れる冷却水（冷却材）は、シース６に形成された一部の開口１４及びシース６の最下端部に形成された複数の開口９Ｌからシース６内に流入し、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌ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６の最上端部に形成された複数の開口９Ｕからシース６の外に流出する。シース６内に流入した冷却水は、ハフニウム部材３Ｕに設けられた小径の開口１３を通ってハフニウム部材３Ｕ内に流入し、また、ハフニウム部材３Ｌに形成された小径の開口１５を通ってハフニウム部材３Ｌ内に流入する。このように、冷却水がハフニウム部材３Ｕ，３Ｌ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。
【００２８】
ハンドル５は、図１、図３、図４及び図５に示すように、ブレード２の厚みよりも薄くなっている。ブレード２の厚み、すなわち、シース６の両外面間の厚みがｔ１であり（図２及び図３参照）、ハンドル５の厚みがｔ２であるとき、厚みｔ２は厚みｔ１よりも薄くなっている。ハンドル５には、従来の制御棒のように、ローラが設けられていない。特開平３−２１５７８９号公報に記載されたガイドパッドもハンドル５には設けられていない。シース６に溶接されているハンドル５の根元では、ハンドル５の厚みが、シース６の上端の外面からハンドル５の上端に向って、曲面１９を伴って徐々に減少している（図５参照）。曲面１９の替りに傾斜面をハンドル５の根元、すなわち、ハンドル５とシース６の溶接部に形成してもよい。また、ハンドル５の上端部は、丸みを帯びている。
【００２９】
下部支持部材８の厚みは、図１および図６に示すように、シース６の両外面間の厚みｔ１よりも薄くなっている。下部支持部材８の厚みも、下部支持部材８がシース６に接合されている位置から下部支持部材８の下端に向かって、曲面を伴って徐々に減少している。下部支持部材８の、シース６の両外面間の厚みｔ１よりも薄い部分は、制御棒１が炉心に全挿入されたときに、燃料集合体を支持する燃料支持金具（図示せず）よりも下方まで達していればよい。制御棒１は、燃料支持金具内を通って燃料集合体８の間に挿入される。
【００３０】
ハンドル５の厚みｔ２がブレード２の厚みｔ１よりも薄くなっているので、制御棒１が燃料集合体８の間に挿入されたとき、ハンドル５と燃料集合体８の間に形成される間隙の幅が広くなる。このため、地震が発生したときにおける制御棒１の炉心への挿入性が向上する。もし、この挿入時において、燃料集合体８間に挿入されたハンドル５が燃料集合体８のチャンネルボックスに接触したときには、ハンドル５が容易にたわみ、ハンドル５がチャンネルボックスから受ける反力が小さくなる。これも、地震発生時のスクラム時に、制御棒１の炉心内への挿入性が向上する一因である。本実施例は、地震発生後、より短時間に原子炉の運転を停止することができる。
【００３１】
制御棒１は、ローラ、ガイド及びパッドなどのハンドル５とチャンネルボックスの間に形成される間隙を狭くする部材がハンドル５に設けられていないので、燃料集合体８相互間でハンドル５が大きくたわみやすくなる。本実施例では、ハンドル５にローラ、ガイド及びパッドなどが設けられていないので、ハンドル５のシース６への接合部から、ハンドル５の炉心内に最初に挿入される挿入端に亘って、ハンドル５の領域での最大厚みはブレード２の厚みｔ１以下になっている。このようなハンドル５は、シース６との接合部を除いて、厚みｔ２がブレード２の厚みｔ１よりも薄くなっている。
【００３２】
ハンドルにローラまたはガイドパッドを設けた従来の制御棒では、ハンドルの領域での最大厚みは、ハンドルの厚みではなく、ローラの直径、またはハンドルの両側面にそれぞれ設けられたガイドパッドのチャンネルボックスとの接触面間の幅になる。従来の制御棒におけるハンドルの領域でのそのような最大厚みは、ブレードの厚みｔ１よりも厚くなっている。
【００３３】
ハンドルの肉厚の薄い部分とブレード２との間に段差が生じた場合には、この段差の影響により制御棒の炉心への挿入性が悪くなる可能性がある。本実施例の制御棒１は、ハンドル５のシース６との接合部において、シース６の外面から、ハンドル５の肉厚の薄い部分に掛けて、段差を形成せずに、ハンドル５の厚みを徐々に減少させているので、制御棒１の炉心への良好な挿入性を維持することができる。制御棒１はハンドル５の挿入端部に丸みをつけているので、炉心に挿入される際に、ハンドル５の挿入端部が燃料集合体８のチャンネルボックスの側面に食い込む可能性がなくなる。このため、制御棒１の炉心への挿入性が向上する。従来の制御棒では、ハンドルの挿入端部にテーパを形成してハンドルの上端のチャンネルボックスへの食い込みを回避している。本実施例の制御棒１は、ハンドル５の挿入端部に丸みを形成することによって、その挿入端部がチャンネルボックスに接触するときに発生する摩擦力を極めて小さくしている。
【００３４】
本実施例では、下部支持部材８の厚みｔ３（図１参照）がブレード２の厚みｔ１よりも薄くなっているので、制御棒１が炉心に挿入されたとき、下部支持部材８の側面と燃料支持金具に形成された制御棒挿入孔の内面との間に形成される間隙の幅が広くなる。このため、地震が発生したときにおける制御棒１の炉心への挿入性が向上する。もし、この挿入時において、燃料支持金具に形成された制御棒挿入孔内に挿入された下部支持部材８が、この制御棒挿入孔の内面に接触したときには、下部支持部材８が容易にたわみ、下部支持部材８が燃料支持金具から受ける反力が小さくなる。上記したように、下部支持部材８の厚みｔ３をブレード２の厚みｔ１よりも薄くすることによっても、地震発生後、より短時間に原子炉の運転を停止することができる。
【００３５】
ハンドル５の厚みｔ２及び下部支持部材８の厚みｔ３がブレード２の厚みｔ１よりも薄くなっているので、地震発生時における制御棒１の炉心への挿入性が向上し、地震発生後、より短時間に原子炉の運転を停止することができる。
【００３６】
本実施例はハンドル５の厚みｔ２及び下部支持部材８の厚みｔ３をブレード２の厚みｔ１よりも薄くしている。しかしながら、ハンドル５の厚みｔ２及び下部支持部材８の厚みｔ３のいずれかをブレード２の厚みｔ１よりも薄くした制御棒は、両者を薄くした場合に比べて劣るが、従来の制御棒よりも地震発生時における炉心への挿入性が向上し、その分、地震発生後、より短時間に原子炉の運転を停止することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の他の実施例である実施例２の制御棒を、図８、図９及び図１０を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ａは、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、実施例１の制御棒１においてハンドル５をハンドル５Ａに替えた構成を有する。制御棒１Ａの他の構成は制御棒１と同じである。
【００３８】
ハンドル５Ａの、制御棒１Ａの軸心に垂直な方向における幅Ｗ１は、この方向におけるブレード２の幅Ｗ２よりも狭くなっている。このため、ハンドル５Ａの垂直部２１の、制御棒１Ａの軸心に垂直な方向における幅Ｗ３は、実施例１の制御棒１におけるハンドル５のその幅よりも狭くなっている。
【００３９】
本実施例の制御棒１Ａは、実施例１で生じる各効果を得ることができる。制御棒１Ａは、ハンドル５Ａの垂直部２１の幅Ｗ３が、実施例１におけるその幅よりも狭くなっているので、ハンドル５Ａはハンドル５よりもチャンネルボックスに接触したときにたわみやすい。このため、制御棒１Ａの、地震が発生したときにおける炉心内への挿入性は、制御棒１よりもさらに向上する。
【実施例３】
【００４０】
本発明の他の実施例である実施例３の制御棒を、図１１及び図１２を用いて説明する。制御棒１Ｂは、実施例１の制御棒１において下部支持部材８を下部支持部材８Ｂに替えた構成を有する。制御棒１Ｂの他の構成は制御棒１と同じである。
【００４１】
下部支持部材８Ｂは一対の垂直部２２を含んでいる。この垂直部２２は、厚みｔ３がブレード２の厚みｔ１と同じであるが、制御棒１Ｂの軸心に垂直な方向における幅Ｗ６が実施例１の制御棒１及び特開平９−６１５７６号公報の図１に記載された制御棒のそれよりも狭くなっている。このため、制御棒１Ｂのその部分の横断面積が、後者の各制御棒のその部分の横断面積よりも小さくなっている。垂直部２２の横断面積が小さい制御棒１Ｂでは、下部支持部材８Ｂの剛性がブレード２の剛性よりも小さくなっている。
【００４２】
本実施例の制御棒１Ｂは、実施例１で生じる各効果を得ることができる。制御棒１Ｂは、下部支持部材８Ｂの剛性がブレード２の剛性よりも小さくなっているので、制御棒１Ｂの炉心への挿入時に、下部支持部材８Ｂが炉心に装荷されている燃料集合体８のチャンネルボックスに接触したときにたわみやすい。このため、制御棒１Ｂの、地震が発生したときにおける炉心内への挿入性は向上する。
【００４３】
制御棒１Ｂにおいて、下部支持部材８Ｂの厚み、すなわち、垂直部２２の厚みｔ３をブレード２の厚みｔ１よりも薄くしてもよい。これによって、地震発生時における、制御棒１Ｂの炉心内への挿入性がさらに向上する。
【実施例４】
【００４４】
本発明の他の実施例である実施例４の制御棒を、図１３から図１６を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｃも沸騰水型原子炉に用いられる制御棒である。
【００４５】
横断面が十字形をしている制御棒１Ｃは、４枚のブレード２Ａ、ハンドル５、下部支持部材８Ａ及び速度リミッター２４を備えている。４枚のブレード２Ａは、制御棒１Ｃの軸心から四方に向かって伸びている。ハンドル５は４枚のブレード２Ａの上端に設けられ、下部支持部材８Ａは４枚のブレード２Ａの下端に設けられる。この制御棒１Ｃは、軸方向に４つのセグメント、すなわち、上端部セグメント２５、２つの中央セグメント４２，５２及び下端部セグメント５３を有する。これらのセグメントは、上端から、上端部セグメント２５、中央セグメント４２，５２及び下端部セグメント５３の順に配置され、隣同士のセグメントは互いに溶接によって結合されている。各セグメントの具体的な構造を以下に説明する。
【００４６】
上端部セグメント２５は、図１４に示すように、ブレードエレメント２６及び３４を組み合せて構成される。ブレードエレメント２６は、ステンレス鋼製の金属板２７を有している。この金属板２７には、中性子吸収材充填部２８，３０及びハンドル部３２が形成されている。金属板２７は、上端部セグメント２５の筺体であって、ブレード２Ａの筺体の一部を構成している。中性子吸収材充填部２８，３０には、それぞれ、中性子吸収材充填部２８，３０の下端から上方に向かって伸びる複数の中性子吸収材充填孔３３が形成されている。ハンドル部３２が、中性子吸収材充填孔３３の上端より上方に配置され、中性子吸収材充填部２８，３０をつないでいる。ハンドル部３２及び中性子吸収材充填部２８，３０は、溶接にて一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作される。ハンドル部３２には、燃料交換機のフックが挿入される開口部３９が形成されている。中性子吸収材充填部２８及び３０の、互いに向かい合っている側面に、突起部２９，３１がそれぞれ形成されている。
【００４７】
金属板２７の中性子吸収材充填部２８，３０の厚みがｔ１及びハンドル部３２の厚みがｔ２であり、中性子吸収材充填部２８及び３０の、水平方向における幅はＷ４である。厚みｔ２は厚みｔ１よりも薄くなっている。中性子吸収材充填部２８及び３０の側面を基点にした、突起部２９，３１の水平方向の幅は、それぞれＷ５である。中性子吸収材充填部２８及び３０の、互いに向かい合っている側面間の水平方向の幅は、（２Ｗ５＋ｔ１）である。
【００４８】
ブレ−ドエレメント３４も、図１４に示すように、ステンレス鋼製の金属板３５を有している。この金属板３５には、中性子吸収材充填部３６，３７及びハンドル部３８が形成されている。金属板３５も、上端部セグメント２５の筺体であって、ブレード２Ａの筺体の一部を構成する。中性子吸収材充填部３６，３７には、それぞれ、中性子吸収材充填部３６，３７の下端から上方に向かって伸びる複数の中性子吸収材充填孔３３が形成されている。ハンドル部３８が、中性子吸収材充填孔３３の上端より上方に配置され、中性子吸収材充填部３６，３７をつないでいる。ハンドル部３８及び中性子吸収材充填部３６，３７も、溶接にて一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作される。ハンドル部３８には、燃料交換機のフックが挿入される開口部３９が形成されている。中性子吸収材充填部３６及び３７は、下端部において連結部４０でつながっている。連結部４０は金属板３５の一部である。
【００４９】
金属板３５のハンドル部３８の厚みがｔ２であり、金属板３５の中性子吸収材充填部３６，３７の厚みがｔ１である。中性子吸収材充填部３６及び３７の、水平方向における幅はＷ４である。中性子吸収材充填部３６及び３７の、互いに向かい合っている側面の間の水平方向での幅は、中性子吸収材充填部２８及び３０の、互いに向かい合っている側面の間の水平方向での幅と同じく、（２Ｗ５＋ｔ１）である。連結部４０の高さはＨ１であり、ブレードエレメント２６に形成される突起部２９，３１の高さも、それぞれＨ１である。
【００５０】
ハンドル部３２の厚みｔ２は、ハンドル部３２が中性子吸収材充填部２８及び３０につながる部分において、中性子吸収材充填部２８及び３０の上端から上方に向かって、図５に示すように、曲面１９を形成して徐々に減少する。また、ハンドル部３８の厚みｔ２は、ハンドル部３８が中性子吸収材充填部３６及び３７につながる部分において、中性子吸収材充填部３６及び３７の上端から上方に向かって、曲面１９を形成して徐々に減少する。
【００５１】
ブレードエレメント３４のハンドル部３８が、ブレードエレメント２６に直交した状態で、ブレードエレメント２６の下端から、ブレードエレメント２６の突起部２９と突起部３１の間に挿入される。さらに、ハンドル部３２に形成された溝（図示せず）にハンドル部３８が嵌め合わされ、ハンドル部３８に形成された溝（図示せず）にハンドル部３２が嵌め合される。このとき、ブレ−ドエレメント３４の連結部４０は、突起部２９と突起部３１の間に位置している。ブレ−ドエレメント２６とブレ−ドエレメント３４が直交して嵌め合された状態で、突起部２９及び３１が連結部４０に溶接にて結合される（図１４参照）。４１が突起部２９と連結部４０の溶接部である。ハンドル部３２とハンドル部３８は互いに溶接されない。
【００５２】
制御棒１Ｃが炉心に挿入されたときに、ハンドル部３２及び３９のそれぞれと炉心に装荷された燃料集合体のチャンネルボックスとの間に形成される間隙を狭くする部材（ローラ、ガイド及びパッドなど）が、ハンドル部３２，３９の各側面に設けられていない
中性子吸収材充填部２８，３０，３６及び３７のそれぞれに形成された各中性子吸収材充填孔３３内には、中性子吸収材が充填される。
【００５３】
中央セグメント４２，５２は、図１５に示すように、２枚のブレードエレメント４３とブレードエレメント４６を組み合せて構成される。ブレードエレメント４３は、ステンレス鋼製の金属板７１を有している。この金属板７１には、中性子吸収材充填部４４及び突起部４５が形成されている。金属板７１は、中央セグメントの筺体であり、ブレード２Ａの筺体の一部を構成する。中性子吸収材充填部４４には、中性子吸収材充填部４４の下端から上方に向かって伸びる複数の中性子吸収材充填孔３３が形成されている。突起部４５は、金属板７１の一部が突出して形成され、中性子吸収材充填部４４の一側面から突出している。突起部４５の高さはＨ１であり、突起部４５の水平方向の幅はＷ５である。中性子吸収材充填部４４の水平方向における幅はＷ４であり、中性子吸収材充填部４４の肉厚はｔ１である。中性子吸収材充填部４４の高さはＨｐである。中性子吸収材充填部４４の下端から中性子吸収材充填孔３３の上端までの高さ、すなわち、中性子吸収材充填孔３３の深さ（軸方向の長さ）はＨｄである。Ｈｐ及びＨｄは、Ｈｐ＞Ｈｄの関係にある。上端部セグメント２５の中性子吸収材充填部２８，３０，３６及び３７にそれぞれ形成された各中性子吸収材充填孔３３の深さもＨｄである。
【００５４】
ブレードエレメント４６は、図１５に示すように、ステンレス鋼製の金属板４７を有している。金属板４７には、中性子吸収材充填部４８，４９及び連結部５０が形成されている。金属板４７も、中央セグメントの筺体であり、ブレード２Ａの筺体の一部を構成する。中性子吸収材充填部４８，４９には、それぞれ、中性子吸収材充填部４８，４９の下端から上方に向かって伸びる複数の中性子吸収材充填孔３３が形成されている。連結部５０が、ブレードエレメント４６の下部において、中性子吸収材充填部４８と中性子吸収材充填部４９をつないでいる。中性子吸収材充填部４８，４９及び連結部５０は、溶接にて一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作される。中性子吸収材充填部４８，４９の肉厚はｔ１であり、中性子吸収材充填部４８，４９の、水平方向における幅はそれぞれＷ４である。中性子吸収材充填部４８，４９の高さはＨｐであり、それぞれの中性子吸収材充填孔３３の深さ（軸方向の長さ）はＨｄ（＜Ｈｐ）である。連結部５０の高さはＨ１である。
【００５５】
２つのブレードエレメント４３、及びブレードエレメント４６を以下のように組み合せることによって、中央セグメント４２，５２を得ることができる。２つのブレードエレメント４３が、ブレードエレメント４６と直交するように配置される。一直線上に配置された各ブレードエレメント４３の各突起部４５が、互いに向い合うように配置され、ブレードエレメント４６の連結部５０の水平方向における中央部にそれぞれ面している。この状態で、各ブレードエレメント４３の各突起部４５が、ブレードエレメント４６の連結部５０の側面に溶接される。５１が、突起部４５と連結部５０の溶接部である。中央セグメント４２，５２の各中性子吸収材充填部に形成されたそれぞれの中性子吸収材充填孔３３内に中性子吸収材が充填される。中央セグメント４２，５２において、向かい合っている一対の中性子吸収材充填部４４の側面の間に形成された間隙の水平方向における幅は、（２Ｗ５＋ｔ１）である。また、向かい合っている中性子吸収材充填部４８の側面と中性子吸収材充填部４９の側面の間に形成された間隙の水平方向における幅も、（２Ｗ５＋ｔ１）である。
【００５６】
下端部セグメント５３は、図１６に示すように、ブレードエレメント５４及び６０を組み合せて構成されている。ブレードエレメント５４は、ステンレス鋼製の金属板５５を有する。金属板５５には、中性子吸収材充填部５６，５７及び下部支持部５８が形成されている。金属板５５は、下端部セグメント５３の筺体であり、ブレード２Ａの筺体の一部を構成する。中性子吸収材充填部５６，５７には、それぞれ、中性子吸収材充填部５６，５７の上端から下方に向かって伸びる複数の中性子吸収材充填孔３３が形成されている。連結部５９を有する下部支持部５８が中性子吸収材充填部５６と中性子吸収材充填部５７をつないでいる。中性子吸収材充填部５６，５７及び下部支持部５８は、溶接にて一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作される。
【００５７】
ブレードエレメント６０は、ステンレス鋼製の金属板６１を有する。金属板６１には、中性子吸収材充填部６２，６３及び下部支持部６４が形成されている。金属板６１も、下端部セグメント５３の筺体であり、ブレード２Ａの筺体の一部を構成する。中性子吸収材充填部６２，６３には、それぞれ、中性子吸収材充填部６２，６３の上端から下方に向かって伸びる複数の中性子吸収材充填孔３３が形成されている。連結部６５を有する下部支持部６４が中性子吸収材充填部６２と中性子吸収材充填部６３をつないでいる。中性子吸収材充填部６２，６３及び下部支持部６４は、溶接にて一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作される。
【００５８】
金属板５４，６１の中性子吸収材充填部５６，５７，６２及び６３のそれぞれの厚みがｔ１、及び下部支持部５８及び６４のそれぞれの厚みがｔ３である。下部支持部５８の厚みｔ３は、下部支持部５８が中性子吸収材充填部５６及び５７につながる部分において、中性子吸収材充填部５６及び５７の下端から下方に向かって、図５に示すように、曲面１９を形成して徐々に減少する。また、下部支持部６４の厚みｔ３は、下部支持部６４が中性子吸収材充填部６２及び６３につながる部分において、中性子吸収材充填部６２及び６３の下端から下方に向かって、曲面１９を形成して徐々に減少する。金属板５４，６１の中性子吸収材充填部５６，５７，６２及び６３のそれぞれの水平方向における幅はＷ４である。連結部５９，６５の高さはＨ１である。各中性子吸収材充填部に形成された中性子吸収材充填孔３３の深さはＨｄである。向かい合っている中性子吸収材充填部５６の側面と中性子吸収材充填部５７の側面の間に形成された間隙の水平方向における幅、及び向かい合っている中性子吸収材充填部６２の側面と中性子吸収材充填部６３の側面の間に形成される間隙の水平方向における幅は、いずれも（２Ｗ５＋ｔ１）である。
【００５９】
ブレードエレメント５４の下部支持部５８が、ブレードエレメント６０に直交した状態で、ブレードエレメント６０の下部支持部６４に嵌め合わされる。すなわち、連結部５９の、上向きの溝が形成された部分と連結部６５の、下向きの溝が形成された部分がお互いに嵌め合わされる。直交している連結部５９と連結部６５が溶接によって結合される。６６がこの溶接部である。
【００６０】
中性子吸収材充填部５６，５７，６２及び６３のそれぞれに形成された各中性子吸収材充填孔３３内には、中性子吸収材が充填される。
【００６１】
各セグメントに形成された中性子吸収材充填孔３３の内径は、中性子吸収材が中性子を吸収することによって生じるヘリウムの蓄積に起因した中性子吸収材充填孔３３の内圧増大に耐えられる肉厚が、中性子吸収材充填孔３３と筺体である各金属板の外面との間、及び隣接する中性子吸収材充填孔３３の間に、それぞれ、形成されるように、決定される。
【００６２】
次に、各セグメントの結合方法を、図１７及び図１８を用いて説明する。ここでは、上端部セグメント２５及び中央セグメント４２を例に挙げ、上端部セグメント２５の中性子吸収材充填部２８と中央セグメント４２の中性子吸収材充填部４４の結合について説明する。
【００６３】
上端部セグメント２５は、中性子吸収材充填部２８の下端、すなわち、中性子吸収材充填孔３３の開放端が上向きになるように支持台（図示せず）の上に置かれる。中性子吸収材６７が開放端から各中性子吸収材充填孔３３内に充填される（図１７（Ａ）参照）。中性子吸収材６７の充填は、中性子吸収材充填部２８に形成された各中性子吸収材充填孔３３だけでなく、中性子吸収材充填部３０，３６及び３７に形成された全ての中性子吸収材充填孔３３に対して行われる。上端部セグメント２５において、全ての中性子吸収材充填孔３３内への中性子吸収材６７の充填が終了した後、端栓６８が中性子吸収材充填孔３３に挿入される。端栓６８の先端部は、中性子吸収材充填孔３３内への挿入性を高めるために直径が細くなっている。
【００６４】
中性子吸収材充填部２８の全ての中性子吸収材充填孔３３に対して端栓６８が挿入される（図１７（Ｂ）参照）。その後、全ての端栓６８は一個ずつ全周が金属板２７に溶け込むように金属板２７に溶接される（図１７（Ｃ）参照）。個々の端栓６８が全周を金属板２７に溶接されるので、隣り合う中性子吸収材充填孔３３が互いに連通することを防止できる。６９は端栓６８と金属板２７の溶接部である。各中性子吸収材充填孔３３の一次封止部がこれらの溶接部６９によって形成される。金属板２７に溶接された各端栓６８及び端栓６８の溶接部６９の上端部に対して機械加工が施され、各端栓６８及び各溶接部６９の上端部が研削される。この機械加工によって、中性子吸収材充填部２８に溶接開先部７０が形成される（図１７（Ｄ）参照）。以上に述べた作業は、上端部セグメント２５の他の中性子吸収材充填部、すなわち、中性子吸収材充填部３０，３６及び３７に対しても行われる。
【００６５】
さらに、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）及び図１７（Ｄ）に示す各作業は、中央セグメント４２，５２及び下端部セグメント５３の各中性子吸収材充填部に対しても実施される。
【００６６】
図１７に示す前作業が終了した後、上端部セグメント２５と中央セグメント４２の結合を、図１８を用いて説明する。中央セグメント４２の、溶接開先部７０が形成された端部とは反対側に位置する端部に、溶接開先部７２を形成する。上端部セグメント２５の中性子吸収材充填部２８に形成された溶接開先部７０と中央セグメント４２の中性子吸収材充填部４４に形成された溶接開先部７２が向かい合うように、上端部セグメント２５及び中央セグメント４２を配置する（図１８（Ａ）参照）。このとき、上端部セグメント２５の他の３つの中性子吸収材充填部に形成された各溶接開先部７０も、中央セグメント４２の他の３つの中性子吸収材充填部に形成された各溶接開先部７２に向き合っている。中性子吸収材充填部２８の溶接開先部７０と中性子吸収材充填部４４の溶接開先部７２を接触させる（図１８（Ｂ）参照）。他の中性子吸収材充填部２８の溶接開先部７０も他の中性子吸収材充填部４４の溶接開先部７２と接触する。その後、中性子吸収材充填部２８の溶接開先部７０及び中性子吸収材充填部４４の溶接開先部７２において、溶接が行われる。この結果、中性子吸収材充填部２８と中性子吸収材充填部４４が結合される（図１８（Ｃ）参照）。溶接開先部７０と溶接開先部７２の溶接部は、各中性子吸収材充填孔３３に対する二次封止部となる。溶接開先部７０と溶接開先部７２の溶接部の表面は、上端部セグメント２５及び中央セグメント４２のそれぞれの金属板の表面よりも低くなっている。このため、制御棒１Ｃの引き抜き等の操作を行う場合、その溶接部が炉心に装荷された燃料集合体のチャンネルボックスに、直接、接触することを防止することができる。
【００６７】
中性子吸収材充填部３０及び他の中性子吸収材充填部４４、中性子吸収材充填部３６及び中性子吸収材充填部４８、及び中性子吸収材充填部３７及び中性子吸収材充填部４９のそれぞれにおいて、溶接開先部７０と溶接開先部７２が溶接される。これらの溶接が終了したとき、上端部セグメント２５及び中央セグメント４２は一体化される。
【００６８】
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）及び図１８（Ｃ）の各作業は、中央セグメント４２と中央セグメント５２、及び中央セグメント５２と下端部セグメント５３に対して、順次、実行される。ただし、中央セグメント５２と下端部セグメント５３の結合は、中央セグメント５２の下端に形成された溶接開先部７０と、下端部セグメント５３の上端に形成された溶接開先部７０とを溶接することによって行われる。
【００６９】
全てのセグメント間において、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）及び図１８（Ｃ）の各作業が終了したとき、本実施例の制御棒１Ｃの製造が終了し、制御棒１Ｃが完成する。制御棒１Ｃにおいて、ハンドル５はハンドル部３２及び３８を含んでおり、下部支持部材８Ａは下部支持部５８及び６４を含んでいる。１つのブレード２Ａは、中性子吸収材充填部２８，４４及び５６を含んでいる。他のブレード２Ａは、中性子吸収材充填部３０，４４及び５７を含んでいる。さらに他のブレード２Ａは、中性子吸収材充填部３６，４８及び６２を含んでいる。残りのブレード２Ａは、中性子吸収材充填部３７，４９及び６３を含んでいる。速度リミッター５は下部支持部５８及び６４の下端に取り付けられる。
【００７０】
図１９は、制御棒１Ｃのブレード２Ａの縦断面を示している。上端部セグメント２５の中性子吸収材充填部２８，３０，３６及び３７では、全ての中性子吸収材充填孔３３内に中性子吸収材６７であるハフニウム６７Ａが充填されている。中央セグメント４２の中性子吸収材充填部４４，４８及び４９，中央セグメント５２の中性子吸収材充填部４４，４８及び４９及び下端部セグメント５３の中性子吸収材充填部５６，５７，６２及び６３では、最も外側に位置している中性子吸収材充填孔３３にも、ハフニウム６７Ａが充填されている。また、中央セグメント４２の中性子吸収材充填部４４，４８及び４９，中央セグメント５２の中性子吸収材充填部４４，４８及び４９及び下端部セグメント５３の中性子吸収材充填部５６，５７，６２及び６３では、残りの中性子吸収材充填孔３３内に中性子吸収材６７である炭化ホウ素６７Ｂの粉末（またはペレット）が充填されている。
【００７１】
沸騰水型原子炉では、炉心の中性子束分布を調整して原子炉出力を制御する原子炉出力調整用の制御棒は、原子炉の運転期間中に、長期において炉心に挿入されている。特に、この制御棒１Ｃでは、制御棒１Ｃの上端部が長期間に亘って炉心内に挿入されている。沸騰水型原子炉に用いられる原子炉出力調整用の制御棒が原子炉の運転期間中に受ける高速中性子の照射量は、図２０に示すように、軸方向における制御棒の中性子吸収材有効長の下端からその有効長の上端に向かうほど、増大する。特に、中性子吸収材有効長の上端部では、高速中性子の照射量が最も大きくなる。このため、制御棒の上端部に至るほど、制御棒の構造材の劣化のポテンシャルが高くなる。中性子吸収材有効長は、制御棒において中性子吸収材が充填された領域の軸方向の長さを意味している。本実施例の制御棒１における中性子吸収材有効長はＬａである（図１３参照）。制御棒１Ｃの中性子吸収材有効長Ｌａは、下端部セグメント５３に形成された中性子吸収材充填孔３３の下端から上端部セグメント２５に形成された中性子吸収材充填孔３３の上端までの、制御棒１Ｃの軸方向における長さであり、実質的には、各セグメントに形成された中性子吸収材充填孔３３の軸方向の長さＨｄの４倍になっている。
【００７２】
本実施例の制御棒１Ｃは、制御棒１と同様に、ハンドル５の厚みｔ２及び下部支持部材８Ａの厚みｔ３がブレード２Ａの厚みｔ１よりも薄くなっているので、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００７３】
本実施例はハンドル５の厚みｔ２及び下部支持部材８Ａの厚みｔ３をブレード２Ａの厚みｔ１よりも薄くしている。しかしながら、ハンドル５の厚みｔ２及び下部支持部材８Ａの厚みｔ３のいずれかをブレード２Ａの厚みｔ１よりも薄くした制御棒は、両者を薄くした場合に比べて劣るが、従来の制御棒よりも地震発生時における炉心への挿入性が向上し、その分、地震発生後、より短時間に原子炉の運転を停止することができる。
【００７４】
制御棒１Ｃは、ハンドル部３２及び中性子吸収材充填部２８，３０が、溶接で一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作され、ハンドル部３８及び中性子吸収材充填部３６，３７も、溶接で一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作されているので、ハンドル５と中性子吸収材充填部２８，３０，３６及び３７の間に溶接部が存在していない。中性子吸収材充填部２８，３０，３６及び３７においても、下端部を除いて、溶接部が形成されていない。さらに、制御棒１Ｃでは、特開平９−６１５７６号公報に記載された制御棒において形成されている、冷却水が存在する隙間環境が、存在しない。特開平９−６１５７６号公報に記載された制御棒では、その隙間環境がシースと中性子吸収部材との間に形成されている。
【００７５】
このように、従来の制御棒のようにシースが設けられていなくて内部に隙間環境が形成されておらず、さらに、ハンドル５と上端部セグメント２５の各中性子吸収材充填部の溶接部が存在しない制御棒１Ｃは、ＩＡＳＣＣの発生を防止することができる。高速中性子の照射量が最も高くなるハンドル部３２の上端部とハンドル部３８の上端部は、前述したように嵌め合い構造となっており、互いに溶接されていないので、その部分でのＩＡＳＣＣの発生確率は実質的に０である。本実施例は、特表２００２−５３３７３６号公報の図２ａに記載された制御棒のように、中性子吸収材を充填した横孔を塞ぐ溶接部を、中性子照射量が多い、中性子吸収材の充填領域の上端部に形成していないので、ＩＡＳＣＣの発生を防止することができる。
【００７６】
沸騰水型原子炉のスクラム時において、制御棒１Ｃは炉心内に緊急挿入される。スクラムが終了したときに、制御棒１Ｃが受ける軸荷重を図２１に示す。図２１は、制御棒１Ｃが受けるその軸荷重を制御棒１Ｃの中性子吸収材有効長に対応して示している。スクラム終了時における制御棒１Ｃが受ける軸荷重は、中性子吸収材有効長の上端からその下端に向うほど、大きくなっている。
【００７７】
一般的に、構造強度を確保する上で、溶接部は、欠陥ポテンシャルを考慮し、溶接部以外の部分の強度部材よりも安全係数を大きくして設計されている。このため、制御棒においては、スクラム時における軸荷重が大きくなる中性子吸収材有効長の下端付近に溶接部を形成しないことが望ましい。
【００７８】
本実施例の制御棒１Ｃでは、中性子吸収材充填部５６，５７及び下部支持部５８が、溶接で一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作され、さらに、中性子吸収材充填部６２，６３及び下部支持部６４が、溶接で一体化された構造ではなく、１枚の金属板を機械加工することによって製作されている。このため、制御棒１Ｃは、下部支持部材８Ａと中性子吸収材充填部５６，５７，６２及び６３を結合する溶接部が存在しないので、スクラム終了時に受ける軸荷重に対して余裕のある強度を確保することができる。
【００７９】
本実施例は、前述したように、それぞれの中性子吸収材充填孔３３に挿入した各端栓６８の全周を各セグメントの金属板に溶接して一次封止部を形成し、隣接するセグメントの向かい合った端部同士の溶接により、一次封止部を被う二次封止部を形成している。このため、制御棒１Ｃにおける各中性子吸収材充填孔３３の密封性は、より強固になる。
【００８０】
本実施例では、４つのセグメント、すなわち、上端部セグメント２５、２つの中央セグメント４２，５２及び下端部セグメント５３を結合して制御棒１Ｃを構成している。このため、それらのセグメントに形成される中性子吸収材充填孔３３の軸方向の長さを短くすることができるので、各中性子吸収材充填孔３３の加工を容易に行うことができる。各中性子吸収材充填孔３３の加工に要する時間も短くなる。したがって、制御棒１Ｃの製造が容易になり、その製造に要する時間も短縮される。
【００８１】
本実施例の制御棒１Ｃは、前述したように、軸方向に並べて配置した４つのセグメントを結合して構成しているので、軸方向の高速中性子の照射量に基づいて適切な中性子吸収材６７を軸方向に配置することができる。具体的には、高速中性子の照射量が多い上部セグメント２５では、核燃料物質（例えば、ウラン４２９）の核分裂に寄与する熱中性子の照射量も多くなる。したがって、上部セグメント２５に形成された各中性子吸収材充填孔３３には、中性子吸収反応の持続期間が長いハフニウム６７Ａを充填する。中央セグメント４２，５２及び下端部セグメント５３では、最も外側に位置している中性子吸収材充填孔３３を除いた他の全ての中性子吸収材充填孔３３に中性子吸収断面積がハフニウムよりも大きな炭化ホウ素６７Ｂを充填する。４つのセグメントを結合して構成された制御棒１では、上記のように、中性子の照射量に合せて、特性の異なる中性子吸収材を軸方向に配置することができる。
【００８２】
本実施例では、制御棒の軸方向に４つのセグメントを配置しているが、中央セグメントを１つにして３つのセグメントで制御棒を構成することも可能である。さらに、中央セグメントを３つ以上設けることも可能である。
【００８３】
本実施例の制御棒１Ｃでは、２つ（または３つの）ブレードエレメントを溶接して各セグメントを構成した後、セグメント同士を溶接している。しかしながら、軸方向に配置されて隣接するセグメントの中性子吸収材充填部同士を先に溶接し、全てのセグメントの中性子吸収材充填部同士の溶接が終了した後、各セグメントにおいて２つ（または３つの）ブレードエレメント同士を溶接して、制御棒１を製造しても良い。このような手順で溶接を行うことによって、制御棒１Ｃの各ブレードにおける熱ひずみの発生を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
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】
【００８５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…制御棒、２，２Ａ…ブレード、３Ｕ，３Ｌ…ハフニウム部材、４…タイロッド、５，５Ａ…ハンドル、６…シース、８，８Ａ，８Ｂ…下部支持部材、８…燃料集合体、２５…上端部セグメント、２６，３４，４３，４６，５４，６０…ブレードエレメント、２７，３５，４７，５５，６１，７１…金属板、２８，３０，３６，３７，４４，４８，４９，５６，５７，６２，６３…中性子吸収材充填部、２９，３１，４５…突起部、３２，３８…ハンドル部、３３…中性子吸収材充填孔、４０，５０，５９，６５…連結部、４２，５２…中央セグメント、５３…下端部セグメント、６７…中性子吸収材、６７Ａ…ハフニウム、６７Ｂ…炭化ホウ素、６８…端栓。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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