(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子吸収材が収容される中性子吸収材充填領域を有して互いに直交する４つの翼を備えた沸騰水型原子炉用制御棒であって、
前記制御棒の軸方向に形成された複数の領域が、互いに結合された４つの翼の第１一体横断面である第１横断面を有する第１の領域、前記４つの翼のそれぞれ分離された横断面を含む第２横断面を有する第２領域、及び反対方向に配置されて互いに向かい合っている、前記４つの翼のうちの２つの前記翼がつながっている第２一体横断面及び前記４つの翼のうちの残りの２つの翼のそれぞれ分離された横断面を含む第３横断面を有する第３領域を含んでおり、
構成エレメントと、前記構成エレメントの上端部に取り付けられたハンドルと、前記構成エレメントの下端部に取り付けられた下部支持部材とを備え、
前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域が前記構成エレメント内に形成され、前記構成エレメントが前記４つの翼のそれぞれの前記中性子吸収材充填領域を含んでおり、
前記第１領域が、前記構成エレメントの前記ハンドル側の第１端部及び前記構成エレメントの前記下部支持部材側の第２端部にそれぞれ配置され、
前記第３領域が前記第１端部に形成された前記第１領域と前記第２端部に形成された他の前記第１領域の間に配置され、
前記第２領域が前記第３領域を除いて前記第１端部に形成された前記第１領域と前記第２端部に形成された他の前記第１領域の間に配置され、
前記４つの翼が、第１翼及び第２翼、及び前記第１翼及び前記第２翼のそれぞれに直交している第３翼及び第４翼を含んでおり、
前記第１翼及び前記第２翼が反対方向に配置されて互いに向かい合っており、前記第３翼及び前記第４翼が反対方向に配置されて互いに向かい合っており、
前記第１領域の前記第１横断面、前記第２領域の前記第２横断面及び前記第３領域の前記第３横断面が、前記第１翼、第２翼、第３翼及び第４翼のそれぞれの横断面を含んでおり、
第１領域が、前記第１、第２、第３及び第４翼を互いに結合する十字型連結部材を含んでおり、
前記第３領域が前記第２一体横断面に含まれた前記２つの翼をつなぐ架橋部材を含んでおり、
前記架橋部材が第１架橋部材及び第２架橋部材を含んでおり、
前記第３領域が、前記第１翼と前記第２翼を互いにつなぐ前記第１架橋部材を有する第４領域、及び前記第３翼と前記第４翼を互いにつなぐ前記第２架橋部材を有する第５領域を含んでおり、
前記第４領域が、前記第１架橋部材の横断面及び前記第１架橋部材でつながれている前記第１翼及び前記第２翼のそれぞれの横断面を含む第３一体横断面、及び互いに分離された前記第３翼及び前記第４翼のそれぞれの横断面を含む、前記第３横断面である第４横断面を有し、
前記第５領域が、前記第２架橋部材の横断面及び前記第２架橋部材でつながれている前記第３翼及び前記第４翼のそれぞれの横断面を含む第４一体横断面、及び互いに分離された前記第１翼及び前記第２翼のそれぞれの横断面を含む、前記第３横断面である第５横断面を有し、
前記第２領域において、第１開口部が前記第１翼と前記第２翼の間に形成され、前記第２開口部が前記第３翼と前記第４翼との間に形成され、
前記第４領域において、前記第１架橋部材と前記第３翼及び前記第４翼のそれぞれとの間に、前記第２開口部が形成され、
前記第５領域において、前記第２架橋部材と前記第１翼及び前記第２翼のそれぞれとの間に、前記第１開口部が形成され、
前記制御棒の軸方向において、前記第１架橋部材と前記第２架橋部材の間に隙間が形成され、この隙間が前記第１開口部及び前記第２開口部のいずれかであり、
前記第４領域において、前記翼の幅に対する前記第１架橋部材と前記第３翼の間の距離の比が２／２５で、前記翼の幅に対する前記第１架橋部材と前記第４翼の間の距離の比が２／２５であり、
前記第５領域において、前記翼の幅に対する前記第２架橋部材と前記第１翼の間の距離の比が２／２５で、前記翼の幅に対する前記第２架橋部材と前記第２翼の間の距離の比が２／２５であることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
【請求項２】
前記構成エレメントは互いに直交して配置されて互いに結合されている複数の板部材を有し、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域が前記複数の板部材内に形成され、前記複数の板部材が前記４つの翼のそれぞれの前記中性子吸収材充填領域を含んでいる請求項１に記載の沸騰水型原子炉用制御棒。
【請求項３】
前記第１架橋部材が前記第２開口部内に配置され、前記第２架橋部材が前記第１開口部内に配置されている請求項１に記載の沸騰水型原子炉用制御棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉において使用される制御棒は、十字形の横断面を有し、４体の燃料集合体の角筒管形状の各燃料チャンネルボックス間に形成される十字形の間隙内に挿入される。この制御棒に対して、炉心内への挿入、炉心からの引抜きの各操作がなされ、原子炉起動・停止および原子炉運転中の原子炉出力の調整を行う。従来の制御棒には、主として三種類の構造のものがある。
【０００３】
第一の構造を有する制御棒は、複数の密閉された中空管を十字形横断面の制御棒の中心軸に沿って互いに並列に配置している。それらの中空管は鉛直方向に伸び、その両端は端栓によって封止され、かつ内部には中性子吸収材が封入されている。これらの中空管が、制御棒に形成される４つの翼において、Ｕ字形断面の薄肉金属さや部材の内部に収容されている。当該さや部材は、中心の連結棒を介して上部部材と下部支持部材とを接合することにより、上記中空管は互いに並列した状態で制御棒内に配置される。このような構造の代表的説明は、１９６４年ＩＡＥＡレポートPhysics and Material Problems of Reactor Control rodsのH.A.BrammerらによるDESIGN，FABRICATION AND PERFORMANCE OF BORON-CARBIDE CONTROL ELEMENTSに詳述されている。
【０００４】
第二の構造を有する制御棒は、水平方向に孔あけを施した中実の金属板部材を使用している。このような構造概念を図１９に示す。当該金属板部材は、第一の構造を有する制御棒と同じ長さ及び幅を有している。当該金属板部材には、制御棒の側面から十字形断面の中心に向かって伸びる複数の水平孔が設けられる。図１９において中性子吸収材を装填する水平方向孔２０１がこれを例示したものである。これらの水平孔は、中性子吸収材を収容するための整列した円柱状空間を規定する。このような構造の制御棒は、中性子吸収材を収容する空間を有する部材が制御棒の構造強度部材も兼ね備えており、中空管及びさや部材を有する第一の構造の制御棒よりも、やや多くの中性子吸収材を収容することができる。このような構造の代表的説明は、２００４年International Meeting on LWR Fuel Performanceで報告されたB.RebensdorffらによるWESTING HOUSE BWR CONTROL ROD TECHNOLOGYに詳述されている。
【０００５】
第三の構造を有する制御棒は、一定の側壁厚さを有する管の側壁水平断面において９０°の間隔をもって設けられ、前記管に厚さの増大した区域を付与するために役立つ４個のかど部を有する異形管断面の管状部材を用い、制御棒の軸方向に対し複数個の前記管状部材を並列に溶接し制御棒翼を形成し、端部に端栓を設置し、翼上部にハンドル部材を接合し、翼下部に下部支持部材を接合して形成した構造を有する。図２０が、このような構造の制御棒の概念を例示している。図２０において、中性子吸収材を装填する円筒３０１が前述の異形管断面のひとつの管状部材の例を示している。このような構造の制御棒は、前述の第二の構造を有する制御棒と同様に、中性子吸収材を収容する空間を有する部材が制御棒の構造強度材も兼ね備えており、中空管及びさや部材を有する第一の構造の制御棒よりも、やや多くの中性子吸収材を収容することができる。このような構造の制御棒は特開平１−２５４８９５号公報に示されている。
【０００６】
また、最近の一般的な沸騰水型原子炉に使用される制御棒には、大別して２種類の役目のものがある。第１のものは、原子炉を停止させるための制御棒であって、これらは比較的高い中性子吸収価値を有するように設計されている。第２のものは、原子炉の制御セル（ひとつの制御棒とその制御棒を取り囲むように構成された４つの燃料集合体で構成された単位要素）位置に配置するための制御棒であって、これらは原子炉の中性子束分布を調節し、原子炉出力の調整を行うことを目的に設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２５４８９５号公報
【特許文献２】特開昭５６−２１０９２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】１９６４年IＡＥＡレポートPhysics and Material Problems of Reactor Control rodsのH.A.BrammerらによるDESIGN，FABRICATION AND PERFORMANCE OF BORON-CARBIDE CONTROL ELEMENTS
【非特許文献２】２００４年International Meeting on LWR Fuel Performanceで報告されたB.RebensdorffらによるWESTING HOUSE BWR CONTROL ROD TECHNOLOGY
【非特許文献３】P.ScottによるA review of irradiation assisted stress corrosion cracking，Journal of Nuclear Materials 211 (1994)101-122
【非特許文献４】（独）原子力安全基盤機構  ０５基構報−００３  原子力発電施設耐震信頼性実証に関する報告書  機器耐力その２（制御棒挿入性）平成１７年８月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、実用制御棒において照射誘起型応力腐食割れ（IASCC:Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking）が原因と考えられる制御棒の構造部材の劣化現象が認められている。
【００１０】
その一事例は、平成１８年５月３１日経済産業省原子力安全・保安院「沸騰水型原子力発電所のハフニウム板型制御棒のひび等に関する調査報告書の公表等について」などに示されている。
【００１１】
ＩＡＳＣＣは、中性子照射量、付加応力及び環境条件の３要因が重なって発生すると考えられている。一般的に、中性子照射量は、制御棒の軸方向において上端部に至るに従い高くなる傾向がある。また、連続的な付加応力の発生要因の一つとして、制御棒製作時の溶接施工に伴う残留応力の影響が考えられている。更に、環境条件として、原子炉水中で非常に狭い間隔で部材どおしが構成される、いわゆる隙間環境の形成がＩＡＳＣＣに関与する可能性があると考えられている。
【００１２】
ＩＡＳＣＣ現象に関する一般的な説明が、P.ScottによるA review of irradiation assisted stress corrosion cracking,Journal of Nuclear Materials 211 (1994)101-122などに詳述されている。
【００１３】
かかるＩＡＳＣＣポテンシャル抑制のために隙間の形成を避けるという観点で、前述の第二及び第三の各制御棒構造は隙間を排除している点で有効である。
【００１４】
一方、制御棒の機能として、何らかの原子炉運転の過渡事象、異常事象が発生した時に炉心に急速に挿入され、速やかに原子炉の運転を停止させかつその状態を維持することが求められる。特に、過大地震発生時において燃料集合体が過大変位する状況下であっても、速やかに原子炉の運転を停止させかつその状態を維持することが求められる。
【００１５】
近年、現行の設計用地震動を上回る地震動に対する原子力発電所の耐震安全性評価の主検討項目として、制御棒挿入性の検討がなされている（参考図書：（独）原子力安全基盤機構  ０５基構報−００３  原子力発電施設耐震信頼性実証に関する報告書  機器耐力その２（制御棒挿入性）  平成１７年８月）。
【００１６】
また、平成１８年７月には東京電力柏崎刈羽原子力発電所において、実際に現行の想定設計用地震動を上回る地震動が記録されており、原子力発電所における地震時安全機能としての制御棒挿入特性の重要性は高い。
【００１７】
地震時挿入特性を考慮した場合、制御棒には軟構造が求められる。前述の第一の制御棒の構造は、Ｕ字形断面の薄板さやが比較的柔軟な変形を許容するため地震時挿入特性が良好である。これに対し、第二及び第三の制御棒構造は、中性子吸収材を装填する耐圧部材が同時に制御棒構造強度も有する一体構造となっているため、一般的な第一の制御棒構造に比べ剛構造となり、地震時挿入性が悪化する傾向にある。このため、第二及び第三の制御棒構造は、地震時挿入性機能の観点から、なお改善を行う余地が残されている。
【００１８】
本発明の目的は、地震時における挿入性をさらに向上させることができ、かつ寿命を延ばすことができる沸騰水型原子炉用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】
【００１９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、制御棒の軸方向に形成された複数の領域が、互いに結合された４つの翼の第１一体横断面である第１横断面を有する第１の領域、４つの翼のそれぞれ分離された横断面を含む第２横断面を有する第２領域、及び反対方向に配置されて互いに向かい合っている、４つの翼のうちの２つの翼がつながっている第２一体横断面及び４つの翼のうちの残りの２つの翼のそれぞれ分離された横断面を含む第３横断面を有する第３領域を含んでいることにある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地震時における制御棒の炉心への挿入性をさらに向上させることができ、かつ制御棒の寿命を延ばすことができる。
【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の沸騰水型原子炉用制御棒を示す斜視図である。
【図２】沸騰水型原子炉内において制御棒及びこの制御棒を取り囲む４体の燃料集合体で構成された制御セルの水平断面図である。
【図３】沸騰水型原子炉において燃料集合体の間から全引抜きされた状態の制御棒を示す説明図である。
【図４】沸騰水型原子炉において制御棒を燃料集合体間に急速挿入する系統を模式的に示す構成図である。
【図５】沸騰水型原子炉において制御棒が燃料集合体間に全挿入された状態で水平方向の地震荷重を受けた状況を模式的に示す説明図である。
【図６】地震時における燃料集合体の最大水平方向変位と制御棒のスクラム挿入時間の関係を示した特性図である。
【図７】図１に示す制御棒の構成エレメントを示す拡大図である。
【図８】図７に示す構成エレメントの製造例を示す説明図である。
【図９】図７のＸ−Ｘ断面図である。
【図１０】図７の矢印Ｙ’の方向における水平断面図である。
【図１１】は制御棒が軸方向に圧縮荷重を受けた場合の座屈モードを模式的に示した説明図であり、（ａ）は燃料有効長Ｌ’において支持部がない状態での上限端部の単純支持条件での座屈モードを示す説明図、（ｂ）は燃料有効長Ｌ’において１／２の高さに支持部を設けた状態での上限端部の単純支持条件での座屈モードを示す説明図である。
【図１２】荷重Ｆｓが地震時において翼ａ’及びｃ’に加えられ、翼ａ’及びｃ’が幅Ｗｂ’だけ変位する図７に示す構成エレメントの配置状態を示す説明図である。
【図１３】地震時における制御棒の水平方向の変位と燃料集合体の地震時における水平方向の変位の影響を受けた制御棒の変位と釣合う荷重Ｆｓの関係を示す特性図である。
【図１４】制御棒の断面二次モーメントと地震時に燃料集合体から受ける荷重に伴う摩擦抵抗荷重及び座屈荷重の関係を示す特性図である。
【図１５】本発明による他の実施例である実施例２の沸騰水型原子炉用制御棒の構成エレメントを示す斜視図である。
【図１６】本発明による他の実施例である実施例３の沸騰水型原子炉用制御棒を示す斜視図である。
【図１７】図１６に示す制御棒の構成エレメントを示す斜視図である。
【図１８】本発明による他の実施例である実施例４の沸騰水型原子炉用制御棒の構成エレメントを示す斜視図である。
【図１９】水平方向に中性子吸収部材を装填する水平方向の孔部が形成されたステンレス鋼板を有する従来の沸騰水型原子炉用制御棒の構成エレメントを示す拡大斜視図である。
【図２０】中性子吸収部材を装填して四隅の角部同士を溶接している異形水平断面の複数の管状部材を有する従来の沸騰水型原子炉用制御棒の構成エレメントを示す拡大斜視図である。
【図２１】沸騰水型原子炉で使用される典型的なＵ字形断面のステンレス鋼さや内に中性子吸収部材を装填した従来の沸騰水型原子炉用制御棒を示す斜視図である。
【図２２】一体十字形水平断面を有する従来の沸騰水型原子炉用制御棒を示す斜視図である。
【図２３】図２２の矢印Ｙの方向の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００２３】
本発明の好適な一実施例である実施例１の沸騰水型原子炉用制御棒を、図１及び図７から図１０を用いて説明する。
【００２４】
図２１は、現行の沸騰水型原子炉において広く使用されている従来の制御棒の斜視図である。図２１に示すように、従来の制御棒において、軸芯に配置されたタイロッドから四方に互いに直交する翼が伸びている。それぞれの翼は、両側端部がタイロッドに取り付けられ、水平断面がＵ字形に成型された薄いステンレス板によるさや部材であるシース、及びシース内に配置された複数の中性子吸収部材を有する。中性子吸収部材は、ステンレス管内にボロンカーバイド粉末を充填した中性子吸収棒、または直接シース内に中実丸棒や板、あるいは扁平な楕円管断面形状として配置している金属ハフニウムである。また、その他の制御棒型式として、構造部材をシース，タイロッドあるいはステンレス管などに分割せず、直接十字形断面を構成したステンレス板材に中性子吸収部材を装填する領域を構成したタイプや、ステンレス管同士を溶接して直接十字形断面を構成した中に中性子吸収材を装填したタイプがある。これらの制御棒は、基本的に中性子吸収材を装填した領域の水平方向断面は一体十字形状をなしている。図２１に示す制御棒では、中性子吸収物質を収容した中空管は制御棒の構造強度に寄与しない。また、このような構造の制御棒では、一般的に制御棒構造体を形成する薄肉金属さや部材には、内部に包含する中性子吸収材の中性子吸収核反応に伴う発熱を除去する目的で、複数個の冷却孔を設け、当該さや部材内に、炉水を通水する構造を成しており、当該さや部材内面と内部中性子吸収材表面とがごく狭い領域、いわゆる狭隘隙間構造を形成する傾向にある。
【００２５】
図２に示すように、複数の制御棒１及び燃料集合体２、及び上部格子板３が原子炉内に配置される。図２は、１本の制御棒１及びこの制御棒１の周囲を取り囲む４体の燃料集合体２が配置されたセルを有する炉心の水平断面を示している。上部格子板３は、４体の燃料集合体２のそれぞれの上端部の外周を保持する。図３に示すように、十字形の水平断面を有する制御棒１が、これの周囲を取り囲む４体の燃料集合体２の間に形成された水ギャップ領域に配置される。制御棒１は、４体の燃料集合体２の外面によってガイドされ、間に形成された十字形のすき間（水ギャップ）を案内として、炉心内に形成された水ギャップ領域内に軸方向に挿入され、水ギャップ領域から引抜かれる。
【００２６】
図３は、制御棒１が燃料集合体２の間から引抜かれた状態を示している。燃料集合体２は、炉心支持板４内に配置された燃料支持金具５に下端構造部材を着座させ、上部は上部格子板３に周囲を保持される。セル内の燃料集合体２同士は、それぞれの燃料集合体の上端部に設けられた燃料集合体水平方向保持バネ要素６により保持される。この状態で、制御棒１は鉛直動作により炉心の下方から燃料集合体２の間に挿入される。
【００２７】
図４は、万が一、原子炉の運転中に何らかの異常が検出された場合に、制御棒を炉心内に緊急挿入（スクラム）するスクラム機構を模式的に示している。隣接する４体の燃料集合体２の間に配置された制御棒１は、その下端部を、制御棒１を水圧で駆動させる制御棒駆動機構７に連結している。制御棒駆動機構７は、水圧を供給する水圧蓄圧装置であるアキュムレータ８に配管で連結される。アキュムレータ８は高圧水を排出するための窒素ガスを充填した制御棒駆動水圧蓄圧ガス容器９に配管で連結される。制御棒駆動水圧制御機構は、アキュムレータ８及び制御棒駆動水圧蓄圧ガス容器９を有する。アキュムレータ８と制御棒駆動水圧蓄圧ガス容器９を連結する配管の途中には、異常信号を検知して動作する閉止弁が設けられる。万が一、原子炉の運転中に何らかの異常を検知した場合、閉止弁が開いて、蓄圧された制御棒駆動水圧蓄圧ガス容器９内の窒素ガスがアキュムレータ８に流入する。これにより、アキュムレータ８に蓄水された水が制御棒駆動機構７内に流入し、制御棒１を、炉心、すなわち、燃料集合体２の間に緊急挿入（スクラム）し、原子炉の運転を停止する。緊急挿入された制御棒１は、炉心内に全挿入された状態を維持する。図４に示すＦｃは、便宜的に示したスクラム駆動力を表す。スクラム駆動力Ｆｃは、（１）式により表すことができる。
【００２８】
Ｆｃ＝Ｐ×Ａ＝ｍ×α＋ｍ×ｇ＋Ｆｆｒ＋Ｆｄ            ……（１）
ここで、Ｆｃはスクラム駆動力、Ｐはアキュムレータ水圧、Ａは駆動軸受圧面積、ｍは制御棒質量、αは加速度、ｇは重力加速度、Ｆｆｒは駆動系に加わる摩擦力及びＦｄは駆動系に加わる流体抵抗である。
【００２９】
検知する異常には、地震動が含まれる。地震時においても、制御棒１は、振動する燃料集合体２の変形による抵抗を受けながら燃料集合体２の間（炉心内）に全挿入され、全挿入された状態を維持しなければならない。また、スクラム完了までの時間は、地震に伴う過渡事象を抑制できる時間内とする必要がある。燃料集合体２は、図２及び図３に示したように、横断面が正方形状をした軸方向に長尺の形状を有しており、上端部を上部格子板３に、下端部を燃料支持金具５に支持されているだけである。このため、燃料集合体２は、地震力により図５に示すような上端部及び下端部を支持された正弦形状に変位する。図５は地震力により変位する燃料集合体２の間に制御棒１が全挿入された状態を示す模式図である。制御棒１も、上端部及び下端部に設けた摺動部材を支点として変位する。地震時に生じる燃料集合体２及び制御棒１の各変位は、それぞれを上下端支点とした梁の釣合い地震荷重Ｆｓと等価と考えることができる。制御棒１が挿入される場合、釣合い地震荷重Ｆｓと直角に摩擦力Ｆｆｒが作用する。
【００３０】
なお、地震時には、燃料集合体と制御棒の干渉による釣合い荷重だけではなく、地震加速度が部材質量に対する慣性力として作用する。しかしながら、本発明の効果の説明を簡略化するため、ここではその地震加速度を無視する。
【００３１】
（１）式は、駆動系に加わる摩擦力Ｆｆｒの項を含んでいる。地震時の影響としてＦｆｒ項に含まれる制御棒と燃料集合体との摩擦力Ｆｆｒが急速に増大する。（１）式において、スクラム駆動力Ｆｃ，制御棒質量ｍ，重力加速度ｇは不変であり、駆動系に加わる流体抵抗Ｆｄが相対的に占める割合も低いと考えられる。このため、地震時の制御棒と燃料集合体との摩擦力の増加が、制御棒の運動力（ｍ×α）の低下をもたらし、制御棒の炉心への挿入特性が悪化する。
【００３２】
図６は、実規模試験体を用いた挿入試験から得られた、地震時における制御棒の挿入特性を定性的に示した説明図である。横軸は地震時における燃料集合体の最大水平方向変位を示し、縦軸は制御棒のスクラム時間を示している。燃料集合体の変位が小さい場合は制御棒の挿入特性への影響は小さいが、燃料集合体の変位が一定レベルを超えると、急速に挿入特性が悪化する傾向を示す。特に、Ｕ字形の横断面を有するさやを含む従来の制御棒に比べ、Ｕ字形のさやを有していない、中性子吸収材格納機能と構造部材を兼ねる一体構造型制御棒は、曲げ剛性が高い。このため、一体構造型制御棒は、地震時における燃料集合体の水平方向変位が増大すると、スクラム挿入時間の遅れが顕著となり、一定レベル以上の地震動が想定される場合、地震時に必要とされるスクラム時間を満たせない傾向が現れる。
【００３３】
図５における制御棒１と燃料集合体２の釣合い地震荷重Ｆｓは、制御棒１を単純支持梁であるとみなしたとき、単純支持梁の中央に作用する鉛直荷重Ｆｓであると考えることができる。
【００３４】
単純支持梁の鉛直荷重と制御棒１の断面二次モーメントＩｃｒは一次比例するため、曲げ剛性（断面二次モーメントと部材縦弾性係数の積）が高い制御棒は、釣合い地震荷重Ｆｓが高くなり、地震時における挿入特性が悪化することになる。制御棒の構造部材には、原子炉内で使用実績のある材料であるステンレス鋼が用いられており、特殊な場合を除き、部材縦弾性係数の調整が難しい場合、制御棒の断面二次モーメントが直接制御棒の地震時挿入性に影響することがわかる。
【００３５】
図２２は、図２１に示された十字形の横断面を有する一般的な従来型制御棒または構造部材一体型制御棒の中性子吸収材充填領域を概念的に示している。構造部材一体型制御棒において、中性子吸収材充填領域も、原子炉の運転中の材料劣化対策のために隙間なし構造である、耐圧及び外力などに耐える構造部材として使用される。これらの制御棒は、翼ａ，ｂ，ｃ及びｄを有する。図２３は、図２２の矢印Ｙの方向における水平断面を示している。図２３において、地震時に燃料集合体からの変位による反力を受ける翼を翼ａ及び翼ｃとする。この場合の断面二次モーメントＩｏは図２３に示すＸ―Ｘ軸に対するものであり、（２）式にて表すことができる。
【００３６】
Ｉｏ＝（ＴＷ3／１２）＋２［（Ｗ−Ｔ）／２］Ｔ3／１２］      ……（２）
（２）式のうち、右辺第１項は図２３の翼ｂ−ｄ断面によるもの、右辺第２項は図２３の翼ａ−ｃ断面によるものである。沸騰水型原子炉に用いられる制御棒の形状から、Ｔ／Ｗ≒１／２５程度の比率であり、（２）式で表される断面二次モーメントＩｏに対する翼ｂ−ｄ断面の寄与は（３）式のようになる。
【００３７】
（ＴＷ3／１２）／Ｉｏ≒０.９９８                ……（３）
すなわち、図２３に示すような一体十字断面形状での断面二次モーメントには、地震時に燃料集合体から受ける反力及びそれと平行な方向の制御棒翼の断面二次モーメントの寄与が圧倒的であり、地震時における制御棒の挿入性の改善のためには、図２３における翼ａ−ｃと翼ｂ−ｄを切離す必要があることが分かる。
【００３８】
図１に示された本実施例の制御棒１００は、構成エレメント１０３、ハンドル１５、下部支持部材１６及び速度リミッタ１７を備えている。ハンドル１５が構成エレメント１０３の上端に取り付けられ、下部支持部材１６が構成エレメント１０３の下端に取り付けられる。速度リミッタ１７が、下部支持部材１６の下端部に取り付けられる。
【００３９】
構成エレメント１０３を、図７を用いて詳細に説明する。構成エレメント１０３は、２つの板部材１０Ａ及び１０Ｂを有する。板部材１０Ａは、図７及び８に示すように、２つの窓（開口部）１４Ｂを形成しており、連結部１３Ａ及び１３Ｂ及び架橋Ｓを有する。板部材１０Ｂは、図７及び８に示すように、窓（開口部）１４Ａを形成しており、連結部１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃを有する。窓１４Ａと連絡される隙間が、連結部１２Ａと連結部１２Ｂの間に形成される。板部材１０Ａが翼ａ’及びｃ’を形成し、板部材１０Ｂが翼ｂ’及びｄ’を形成する。
【００４０】
構成エレメント１０３の製造例が図８に示される。その一つとして、翼ａ’及びｃ’を形成する板部材１０Ａが一枚の板から切り出され、翼ｂ’及びｄ’を形成する板部材１０Ｂも一枚の板から切り出される。その後、板部材１０Ａが上記の隙間を通して板部材１０Ｂにはめ込まれ、それらの交差部を溶接することによって構成エレメント１０３が作成される。図７に示すように、連結部１２Ｃが溶接によって連結部１３Ｂに接続され、連結部１２Ａ及び１２Ｂも溶接によって連結部１３Ａに接続される。中性子吸収材充填部１１Ａが翼ａ’に形成される。中性子吸収材充填部１１Ｂが翼ｂ’に形成される。中性子吸収材充填部１１Ｃが翼ｃ’に形成される。中性子吸収材充填部１１Ｄが翼ｄ’に形成される。本実施例では、中性子吸収材充填部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ及び１１Ｄに収容される中性子吸収材は、中空管に入れてもよいし、中性子吸収材充填部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ及び１１Ｄに形成された内包孔内に入れてもよい。翼ａ’，ｂ’、ｃ’及びｄ’の幅はＷＢである（図１０参照）
図７は構成エレメント１０３の拡大斜視図である。図９は図７のＸ−Ｘ断面図であり、図１０は図７の矢印Ｙ’の方向における水平断面図である。
【００４１】
図７において、中性子吸収材充填部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ及び１１Ｄ内で中性子吸収材を含む各実効軸方向領域の、制御棒１００の軸方向における高さをＬ’とする。実効とは、詳細評価を行う上では必ずしも正確ではないが、本原理や効果を説明する上では概ね使用しても差支えないと考えることができるという意味である。高さＬ’は、板部材１０Ａにおいて、上部窓１４Ｂの高さｈ１領域（第２領域）、架橋Ｓを配置している高さｈｈ領域（第３領域）及び下部窓１４Ｂの高さｈ２領域（第２領域）を含んでいる。板部材１０Ｂに形成された窓１４Ａの高さはＬ’である。高さｈ１領域及び高さｈ２領域は、図１０に示すように、翼ａ’（０°翼），翼ｂ’（９０°翼），翼ｃ’（１８０°翼）及び翼ｄ’（２７０°翼）が互いに分離された独立した４つの横断面（第２横断面）を有する。翼ａ’の幅方向における窓１４Ｂの幅は、翼ａ’とこれに垂直な翼（翼ｂ’及びｄ’）の間の寸法Ｗａ’、翼ｃ’とこれに垂直な翼（翼ｂ’及びｄ’）の間の寸法Ｗｃ’及び翼ｂ’（または翼ｄ’）の厚みＴを加えて得られる幅を有する。翼ｂ’の幅方向における窓１４Ａの幅は、翼ｂ’とこれに垂直な翼（翼ａ’及びｃ’）の間の寸法Ｗｂ’、翼ｄ’とこれに垂直な翼（翼ａ’及びｃ’）の間の寸法Ｗｄ’及び翼ａ’（または翼ｃ’）の厚みＴを加えて得られる幅を有する。
【００４２】
第３領域において、翼の幅ＷＢに対する架橋Ｓと翼ｂ’の間の寸法（距離）Ｗｂ’の比が２／２５以下であり、翼の幅ＷＢに対する架橋Ｓと翼ｄ’の間の寸法（距離）Ｗｄ’の比も２／２５以下である。架橋Ｓは窓１４Ａ内に配置される。
【００４３】
翼ａ’の中性子吸収材充填部１１Ａ及び翼ｃ’の中性子吸収材充填部１１Ｃは１８０°反対方向に配置される。窓１４Ｂは中性子吸収材充填部１１Ａと中性子吸収材充填部１１Ｃの間に形成され、中性子吸収材充填部１１Ａと中性子吸収材充填部１１Ｃは互いに向かい合っている。翼ｂ’の中性子吸収材充填部１１Ｂ及び翼ｄ’の中性子吸収材充填部１１Ｄは１８０°反対方向に配置される。窓１４Ａは中性子吸収材充填部１１Ｂと中性子吸収材充填部１１Ｄの間に形成され、中性子吸収材充填部１１Ｂと中性子吸収材充填部１１Ｄは互いに向かい合っている。
【００４４】
さらに、図７において、架橋Ｓは、高さｈｈ領域に配置され、中性子吸収材充填部１１Ａと中性子吸収材充填部１１Ｃをつないでいる。高さｈｈ領域において、連続した一体横断面（第２一体横断面）が、架橋Ｓにより翼ａ’と翼ｃ’を一体化することによって形成される。一方、高さｈｈ領域において、翼ｂ’と翼ｄ’が、互いに分離され、架橋Ｓとも分離されている。また、構成エレメント１０３において、実効軸方向領域Ｌ’よりも上方及び下方の各領域のそれぞれの横断面は、従来型制御棒構造と同様に、図２３に示すような４つの翼が一体化された十字形構造になっている。
【００４５】
本実施例の制御棒１００の構成エレメンと１０３は、３種類の異なる横断面、すなわち、実効軸方向領域Ｌ’の上方及び下方で相互に直交する４つの翼で構成された完全に一体化された十字形横断面（第１一体横断面）を形成する第１横断面、高さｈ１領域及び高さｈ２領域において完全に独立した４つの翼のそれぞれ分離された横断面を含む第２横断面、及び１８０°反対方向に配置され互いに向き合っている連続した２つの翼で構成された一体化された横断面（第２一体断面）及び高さｈｈ領域で連続した２つの翼に直交している２つの独立した翼のそれぞれ分離された横断面を含む第３横断面を有している。
【００４６】
すなわち、制御棒１００は、第１横断面を含む第１領域、第２横断面を含む第２領域及び第３横断面を含む第３領域を有する。連結部１２Ａ及び１３Ａを配置している領域が、それぞれ、第１領域である。窓１４Ｂが形成されている領域が第２領域である。窓１４Ａを形成している領域（架橋Ｓの部分は除く）も第２領域である。架橋Ｓを配置している領域が第３領域である。連結部１２Ａ及び１３Ａ及び連結部１２Ｃ及び１３Ｂが、それぞれ、十字形連結部である。本実施例では、第３領域が構成エレメント１０３の上端部及び下端部にそれぞれ形成された第１領域の間に配置され、第２領域が第１領域と第３領域の間に配置される。
【００４７】
第１横断面を適用することによって、翼ａ’及びｃ’が地震時に燃料集合体からの負荷を受ける場合、翼ａ’及びｃ’は、寸法Ｗｂ’だけ変位するまで、すなわち、架橋Ｓに当たるまでは、翼ｂ’及びｄ’と独立して移動する。このため、翼ａ’及びｃ’の断面二次モーメントだけが剛性として考慮され、それの寄与率が、（２）式で表された寄与比率の残り部分、すなわち０.００２程度になる。この結果、有意に地震時挿入性の改善を図ることができる。
【００４８】
次に、図７に示された架橋Ｓの役割について説明する。前述した地震時における制御棒１００の挿入性の改善にのみ着目すれば、特に、架橋Ｓを設ける必要はなく、互いに十字に直交する翼ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の全翼を独立させておけば良い。ここで、地震以外に有意に制御棒に作用する荷重として、前述した図４に示すスクラム時の挿入力Ｆｃがあげられる。スクラム時の挿入力はスクラム開始時、制御棒１に動き出しの慣性力として、（４）式で表される圧縮荷重Ｆｃｏｍｐを受ける。
【００４９】
Ｆｃｏｍｐ＝ｍ×（Ｆｃ／ｍ）＝Ｆｃ                  ……（４）
オイラーの臨界座屈荷重式によれば、臨界座屈荷重は前記曲げ剛性と同様、断面二次モーメントに一次比例する。従って、地震時における制御棒の挿入性改善のために、単に、制御棒の実効断面二次モーメントの低減を図ると、スクラム時の慣性荷重が制御棒の臨界座屈荷重を超過する可能性がある。図１１では、制御棒に軸圧縮荷重が加わった場合の座屈モードを模式化している。図１１（ａ）は、実効長さＬ’が周辺に何ら支持部のない状態での上限端部単純支持条件での座屈モードを示している。図１１（ｂ）は、実効軸方向領域Ｌ’を長さの等しい上部窓１４Ｂの高さｈ１’と下部窓１４Ｂの高さｈ２’に分割するような長手方向の中央位置に剛な支持点ＰＳを設けた場合の座屈モードを示している。
【００５０】
オイラーの臨界座屈荷重式によれば、臨界座屈荷重は対象と考える対象長さＬ’の二乗に反比例する。したがって、図１１（ｂ）のように中央支持点ＰＳを設けることにより、図１１（ｂ）における制御棒の座屈長さは、図１１（ａ）の制御棒の座屈長さの１／２となる。結果的に、中央支持点ＰＳを設けることにより、制御棒の座屈荷重を４倍に増加できる。また、図１１（ｂ）の座屈条件は接触点ＰＳが固定支持条件となるため、実効座屈長さが両端単純支持条件の約７割に低下するため、座屈荷重は図１１（ａ）の４倍に増加できる。この中央支持点ＰＳを得るための構造が、図７に示した架橋Ｓである。図７に示した架橋Ｓの高さはｈｈであり、この高さの中央位置ｈｈ／２が図１１（ｂ）に示した接触点ＰＳに対応する。
【００５１】
なお、図７に示された構成エレメント１０３を有する制御棒１００では、翼ａ’及びｃ’が図１１（ｂ）のようなモードで座屈した場合、架橋Ｓは、翼ｂ’に形成した窓１４Ａの幅（Ｗｂ’＋Ｔ／２）だけ移動して翼ｂ’または翼ｃ’に当たって留まる。翼に設けた窓の幅（Ｗｂ’＋Ｔ／２）を実効軸方向領域Ｌ’に対して十分小さな比率、例えば、現行従来型制御棒の中性子吸収材充填部の長さに対する軸芯タイロッドの幅の１／２程度の比率である１／２０にすることによって、変形に伴い発生する曲げ応力は僅かとなり、スクラム開始時荷重のような瞬時に消失する荷重が加わっても速やかに初期状態に復帰できる。一方、架橋Ｓが存在することにより、前述した十字形断面の断面二次モーメントの低減効果には制限が与えられることになる。
【００５２】
図１２は、翼ａ’及びｃ’が地震時における燃料集合体の水平方向変位の影響を受け、制御棒がこの変位と釣合うまで負荷を受けた場合における構成エレメント１０３の横断面の状態を示している。点ＰＳで翼ａ’と翼ｃ’をつなぐ架橋Ｓが翼ｂ’の窓１４Ａに面する側面に接触するため、制御棒１００の水平方向の変位が架橋Ｓと翼ｂ’の間の寸法Ｗｂ’を超える状態になると、それまで一体十字形横断面の場合に０.００２程度であった断面二次モーメントは実効的に一体十字形横断面の断面二次モーメントに移行する。
【００５３】
図１３は、地震時における燃料集合体の水平方向変位の影響を受けた制御棒の変位量δと釣合い地震荷重Ｆｓの関係を、一体十字形横断面を有する従来の構成エレメント４００（図２２）の場合と本実施例による構成エレメント１０３の場合を比較して、本実施例の効果を定性的に示したものである。一体十字形横断面を有する構成エレメント４００を含む従来の制御棒の変位量δに対する釣合い荷重Ｆｓの立ち上がり傾きを１とすれば、本実施例の制御棒１００に用いられる構成エレメント１０３では、立ち上がり傾きが、十字形中心に設けられた窓１４Ａの幅Ｗｂ’までは、０.００２である。しかしながら、翼ａ’と翼ｃ’をつないでいる架橋Ｓが、図１２に示された点ＰＳで、翼ｂ’の窓１４Ａに面する側面と接触するため、翼ａ’及びｃ’の変位が変位Ｗｂ’より大きくなるときの立ち上がり傾きは、一体十字形横断面を有する構成エレメント４００と同様に１に近くなる。このような両者の特性が存在する中で、任意の地震動による制御棒変位δ’が生じた場合、図１３に示すように、従来の一体十字形横断面に本実施例の構成エレメント１０３を適用することによって、構成エレメント４００の制御棒釣合い荷重Ｆｓｏが、本実施例における構成エレメント１０３の荷重Ｆｓ’まで低減される。
【００５４】
図１３は本実施例の効果を定性的に示したものであり、任意の地震動による変位δ’に対する架橋Ｓと翼ｂ’の間の寸法Ｗｂ’の比率が小さければ、定量的な効果はあまり期待できない。しかし、仮にその寸法Ｗｂ’を現行の沸騰水型原子炉で一般的に使用されているＵ字形断面の薄板さや部材であるシースを中心で固定する軸芯部材のタイロッドの寸法程度とれると仮定し、現在国内で想定される最大の燃料集合体変位量に対する比率で考えると、１／３程度となる。燃料集合体と制御棒はこれらの間に一定の間隙が形成されるため、地震時に制御棒が受ける水平方向の変位は、燃料集合体の水平方向の変位よりも小さくなる。したがって、変位δ’に対する寸法Ｗｂ’の比率は定量的にも１／３以上となるので、有意な効果を得ることが期待できる。
【００５５】
このように、制御棒の機能を考慮した場合、図１４に示すように、最小許容臨界座屈荷重をスクラム時の圧縮荷重よりも高くとり、かつ地震時における燃料集合体変位と釣合う制御棒反力発生に伴う摩擦抵抗荷重が最大許容摩擦抵抗荷重（地震時に必要とされる制御棒スクラム時間を満たすことができる最大摩擦抵抗荷重）以下になるように、図１４に示された斜線範囲に適切に実効断面二次モーメントを選定する。これにより、制御棒の長期使用に伴う制御棒構造部材の劣化現象の要因と考えられる隙間形成を避けるために、隙間のない中性子吸収材充填部を形成する構成エレメントが剛構造になる場合でも、構成エレメント１０３を有する制御棒１００は、地震時における挿入特性が良好であり、スクラム荷重に対する健全性も維持することができる。
【００５６】
本実施例によれば、制御棒の長期使用に伴う制御棒構造部材の劣化現象の要因と考えられる隙間形成を避けるために、隙間のない中性子吸収材充填部を形成する構成エレメントが剛構造になっても、構成エレメント１０３を有する制御棒１００は、制御棒の重要機能である地震時における炉心への挿入特性を向上させることができ、過大地震時においても良好な炉心への挿入特性を得ることができる。
【００５７】
本実施例におけるその他の効果として、地震時における良好な挿入特性が得られる軟構造の構成エレメントを形成しつつ、制御棒が運転中に受ける代表的な外力であるスクラム（制御棒を炉心に急速挿入すること）時における軸圧縮荷重が作用して生じる座屈変形を抑制することができる。
【実施例２】
【００５８】
本発明の他の実施例である実施例の沸騰水型原子炉用制御棒を、図１５を用いて説明する。本実施例の制御棒は、制御棒１００において構成エレメント１０３を構成エレメント１０１に替えた構成を有する。構成エレメント１０１の他の構成は構成エレメント１０３と同じである。
【００５９】
構成エレメント１０１を詳細に説明する。構成エレメント１０１は、３つの板部材１０Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄを有する。板部材１０Ｂは、２つの窓（開口部）１４Ａを形成しており、連結部１３Ａ及び１３Ｂ及び架橋Ｓｂを有する。板部材１０Ｃは連結部１２Ａ，１２Ｄ及び１８Ａを有する。板部材１０Ｄは連結部１２Ｂ，１２Ｅ及び１８Ｂを有する。板部材１０Ｂは翼ｂ’（９０°翼）及びｄ’（２７０°翼）を形成し、板部材１０Ｃは翼ａ’（０°翼）を形成し、及び板部材１０Ｄは翼ｄ’（１８０°翼）を形成する。
【００６０】
板部材１０Ｃは、板部材１０Ｂの一つの側面に対して垂直に配置され、板部材１０Ｂに溶接されている。板部材１０Ｃの連結部１２Ａが、溶接部１９Ａによって板部材１０Ｂの連結部１３Ａに接続される。板部材１０Ｃの連結部１２Ｄが、溶接部１９Ｂによって板部材１０Ｂの連結部１３Ｂに接続される。板部材１０Ｄも板部材１０Ｂの別の側面に垂直に配置され、板部材１０Ｂに溶接される。板部材１０Ｄの連結部１２Ｂが、溶接部１９Ｃによって板部材１０Ｂの連結部１３Ａに接続される。板部材１０Ｄの連結部１２Ｅが、溶接部１９Ｄによって板部材１０Ｂの連結部１３Ｂに接続される。
【００６１】
板部材１０Ｃの連結部１８Ａは、溶接部２０によって板部材１０Ｄの連結部１８Ｂに接続される。架橋Ｓａが接続された連結部１８Ａ及び１８Ｂによって構成される。架橋Ｓａは架橋Ｓｂの上方に配置される。２つの窓（開口部）１４Ｂが、板部材１０Ｃ及び１０Ｄ内で架橋Ｓａの上方及び架橋Ｓａの下方に形成される。
【００６２】
本実施例の制御棒も、第１横断面を含む第１領域、第２横断面を含む第２領域及び第３横断面を含む第３領域を有する。連結部１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａを配置する領域及び連結部１２Ｄ，１２Ｅ及び１３Ｂを配置する領域のそれぞれが、第１領域である。架橋Ｓａを配置する領域及び架橋Ｓｂを配置する領域のそれぞれが、第３領域である。第１領域である連結部１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａを配置する領域と第１領域である連結部１２Ｄ，１２Ｅ及び１３Ｂを配置する領域との間に形成された領域で第３領域を除いた領域が、第２領域である。第３領域が、架橋Ｓａを配置している領域である第４領域、及び架橋Ｓｂを配置している領域である第５領域を含んでいる。第４領域及び第５領域も、第３横断面を有している。連結部１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａ及び連結部１２Ｄ，１２Ｅ及び１３Ｂは、それぞれ、十字型連結部材である。
【００６３】
実施例１で用いられる構成エレメント１０３と同様に、構成エレメント１０１において、中性子吸収材充填部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ及び１１Ｄが、翼ａ’，ｂ’，ｃ’及びｄ’内に形成される。窓１４Ａが中性子吸収材充填部１１Ｂと中性子吸収材充填部１１Ｄの間に形成される。窓１４Ｂが中性子吸収材充填部１１Ａと中性子吸収材充填部１１Ｃの間に形成される。架橋Ｓａが窓１４Ａ内に配置され、架橋Ｓｂが窓１４Ｂ内に配置される。
【００６４】
本実施例の制御棒において、架橋Ｓａは板部材１０Ｃ及び１０Ｄに設けられ、架橋Ｓｂは板部材１０Ｃ及び１０Ｄと直交する板部材１０Ｂに設けられる。架橋Ｓａは翼ａ’−ｃ’の方向に配置され、架橋Ｓｂは翼ｂ’−ｄ’の方向に配置される。
【００６５】
本実施例の第４領域では、翼の幅ＷＢに対する架橋Ｓａと翼ｂ’の間の寸法（距離）Ｗｂ’の比が２／２５以下であり、翼の幅ＷＢに対する架橋Ｓａと翼ｄ’の間の寸法（距離）Ｗｄ’の比が２／２５以下である。本実施例の第５領域では、翼の幅ＷＢに対する架橋Ｓｂと翼ａ’の間の寸法（距離）Ｗａ’の比が２／２５以下であり、翼の幅ＷＢに対する架橋Ｓｂと翼ｃ’の間の寸法（距離）Ｗｃ’の比が２／２５以下である。これらの比は、後述の実施例３及び４にも適用することができる。
【００６６】
このため、構成エレメント１０１を有する制御棒は、各翼の水平断面に平行及び鉛直のいずれの方向の地震動に対しても、地震時における挿入性が向上する。更に、必要な中性子吸収材を構成エレメント１０１内に収容できるので、その制御棒は高い中性子吸収効果を有する。
【００６７】
本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例により、各翼の水平断面に平行及び鉛直いずれの方向に対しても、地震時の挿入性を向上させることができ、中性子吸収材をより多く収容することができる。
【実施例３】
【００６８】
本発明の他の実施例である実施例３の沸騰水型原子炉用制御棒を、図１６及び１７を用いて説明する。本実施例の制御棒１００Ａは、実施例２の制御棒において構成エレメント１０１を構成エレメント１０２に替えた構成を有する。構成エレメント１０２は複数の架橋Ｓａ（例えば、３つの架橋Ｓａ）及び複数の架橋Ｓｂ（例えば、４つの架橋Ｓｂ）を有している。構成エレメント１０２の他の構成は、構成エレメント１０１と同じである。
【００６９】
構成エレメント１０２は、５つの窓（開口部）１４Ａを形成して連結部１３Ａ及び１３Ｂ及び複数の架橋Ｓｂを有する板部材１０Ｂ、連結部１２Ａ及び１２Ｄ及び複数の連結部１８Ａ（例えば、３つの連結部１８Ａ）を有する板部材１０Ｃ、及び連結部１２Ｂ及び１２Ｅ及び複数の連結部１８Ｂ（例えば、３つの連結部１８Ｂ）を有する板部材１０Ｄを有する。
【００７０】
実施例２の制御棒と同様に、制御棒１００Ａも、第１横断面を有する第１領域、第２横断面を有する第２領域及び第３横断面を有する第３領域を有する。第３領域は、架橋Ｓａを配置している領域である第４領域、及び架橋Ｓｂを配置している領域である第５領域を含んでいる。
【００７１】
構成エレメント１０１と同様に、板部材１０Ｃ及び１０Ｄが板部材１０Ｂに溶接される。板部材１０Ｂは翼ｂ’（９０°翼）及びｄ’（２７０°翼）を形成し、板部材１０Ｃは翼ａ’（０°翼）を形成し、及び板部材１０Ｄは翼ｄ’（１８０°翼）を形成する。複数の架橋Ｓａが、連結部１８Ａを連結部１８Ｂに溶接することによって形成され、翼ａ’−ｃ’の方向に配置される。架橋Ｓｂが翼ｂ’−ｄ’の方向に配置される。制御棒１００Ａは、架橋Ｓｂによって分離された複数の窓１４Ａ、及び架橋Ｓａによって分離された複数の窓１４Ｂを有する。架橋Ｓａ及びＳｂは、制御棒１００Ａに軸方向に交互に配置されている。架橋Ｓａは、制御棒１００Ａに軸方向において架橋Ｓｂから或る距離の位置に配置される。
【００７２】
それらの窓１４Ａは、中性子吸収材充填部１１Ｂ及び１１Ｄ及び２つの架橋Ｓｂによって取り囲まれて形成された複数の窓１４Ａ、中性子吸収材充填部１１Ｂ及び１１Ｄ、１つの架橋Ｓｂ及び連結部１３Ａによって取り囲まれて形成された１つの窓１４Ａ、及び中性子吸収材充填部１１Ｂ及び１１Ｄ、１つの架橋Ｓｂ及び連結部１３Ｂによって取り囲まれて形成された１つの窓１４Ａを含んでいる。複数の窓１４Ｂは、中性子吸収材充填部１１Ａ及び１１Ｃ及び２つの架橋Ｓａによって取り囲まれて形成された複数の窓１４Ｂ、中性子吸収材充填部１１Ａ及び１１Ｃ、１つの架橋Ｓａ及び連結部１２Ａ及び１２Ｂによって取り囲まれて形成された１つの窓１４Ｂ、及び中性子吸収材充填部１１Ａ及び１１Ｃ、１つの架橋Ｓａ及び連結部１２Ｄ及び１２Ｅによって取り囲まれて形成された１つの窓１４Ｂを含んでいる。
【００７３】
制御棒１００Ａも架橋Ｓａ及びＳｂを有するので、本実施例によれば、各翼の水平方向の横断面に平行及び鉛直いずれの方向の地震動に対しても、地震時における挿入性を向上させることができる。更に、制御棒１００Ａの構成エレメント１０２内に必要な中性子吸収材を収容できるため、制御棒１００Ａの中性子吸収効果を増大させることができる。
【００７４】
本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例によれば、各翼の水平方向断面に平行及び鉛直いずれの方向に対しても地震時における制御棒の挿入性が向上する。また、中性子吸収材をより多く収容することができる。
【実施例４】
【００７５】
本発明の他の実施例である実施例４の沸騰水型原子炉用制御棒を、図１８を用いて説明する。本実施例の制御棒は、実施例３の制御棒１００Ａにおいて構成エレメント１０２を構成エレメント１０４に替えた構成を有する。構成エレメント１０４は、１つの架橋Ｓａ及び２つの架橋Ｓｂを有する。構成エレメント１０４の他の構成は、構成エレメント１０２と同じである。
【００７６】
本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例によれば、各翼の水平方向断面に平行及び鉛直いずれの方向に対しても地震時における制御棒の挿入性が向上する。また、中性子吸収材をより多く収容することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、原子炉の制御棒に利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：板部材、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ：中性子吸収材充填部、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１３Ａ，１３Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ：連結部、１４Ａ，１４Ｂ：窓、１００，１００Ａ：制御棒、１０１，１０２，１０３，１０４：構成エレメント、ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’：翼、Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ：架橋。
【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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【図２２】
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【図２３】
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