(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉（１）用の制御棒（４）であって、
前記原子炉（１）は、
複数の燃料アセンブリ（３）と、
各燃料アセンブリ（３）の外側ケーシングを形成し、かつ燃料棒（７）を取り囲む細長のチャンネルボックス（６）と、
前記燃料アセンブリ（３）の間の各々の制御棒位置に挿入可能であるように構成される複数の制御棒（４）と
を備え、
前記制御棒（４）は、長手方向中心軸（８）および制御棒のブレード（４ａ）を有し、各々の制御棒のブレード（４ａ）は、第１の面および第２の面を有し、かつ前記長手方向中心軸（８）に実質的に平行しており、
各々の制御棒のブレード（４ａ）は、第１の吸収体端部（１１）から第２の吸収体端部（１２）へ前記長手方向中心軸（８）に沿って延びる吸収体材料（９）を備え、前記第１の吸収体端部（１１）と前記第２の吸収体端部（１２）との間の距離は前記制御棒のブレード（４ａ）の実効長（Ｌ）を規定する、制御棒（４）であって、
前記制御棒のブレード（４ａ）には、前記制御棒のブレード（４ａ）の前記第１の面および前記第２の面に突出部（１４、１５）が分散されており、前記突出部（１４、１５）は、前記制御棒のブレード（４ａ）の前記実効長（Ｌ）の少なくとも１／３の距離にわたって分布しており、前記突出部（１４、１５）は、前記制御棒のブレード（４ａ）と前記チャンネルボックス（６）との間の距離を確保し、かつ前記チャンネルボックス（６）に沿って前記制御棒（４）が容易にスライドできるように構成されており、前記制御棒（４）は最初に、前記第１の吸収体端部（１１）が制御棒位置に挿入されるように構成され、前記突出部（１４、１５）は前記制御棒のブレード（４ａ）の前記第１の面および前記第２の面において、前記第１の吸収体端部（１１）から延び、前記突出部（１４、１５）は、前記チャンネルボックス（６）に沿って前記制御棒（４）のスライドを容易にする湾曲形状を有し、前記突出部（１４、１５）は、プレス成形部である、または前記制御棒のブレードに溶接部を含んでいる、ことを特徴とする、制御棒（４）。
【請求項２】
前記突出部（１４、１５）は、前記制御棒のブレード（４ａ）の面から０．５ｍｍ〜２ｍｍ、突出している、請求項１に記載の制御棒（４）。
【請求項３】
前記突出部は細長の隆起部（１４）を備える、請求項１または請求項２に記載の制御棒（４）。
【請求項４】
前記隆起部（１４）は、前記長手方向中心軸（８）に平行して延びる線に沿って提供され、かつ前記第１の面および前記第２の面の幅に沿って、前記長手方向中心軸（８）から半径方向外側に分散されている、請求項３に記載の制御棒（４）。
【請求項５】
前記突出部（１４、１５）は、複数の点状突出部（１５）を備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制御棒（４）。
【請求項６】
前記制御棒（４）は４つの制御棒のブレード（４ａ）を備え、前記制御棒のブレード（４ａ）は十字形の断面を有する制御棒（４）を形成するように構成される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の制御棒（４）。
【請求項７】
前記突出部（１４、１５）は前記制御棒のブレード（４ａ）と同質の部分である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の制御棒（４）。
【請求項８】
前記制御棒（４）は、主に、前記吸収体材料（９）とは異なる第１の材料からできている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の制御棒（４）。
【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ための制御棒に関し、該原子炉は、複数の燃料アセンブリ、各燃料アセンブリの外側ケーシングを形成しかつ燃料棒を取り囲む細長のチャンネルボックス、ならびに燃料アセンブリ間の個々の制御棒位置に挿入可能なように構成される複数の制御棒を備える。
【０００２】
上述の燃料アセンブリおよび制御棒は沸騰水型原子炉すなわちＢＷＲのコア内に配置される。ＢＷＲ内の燃料アセンブリのチャンネルボックスは通常、例えばジルコニウムベース合金などの低い中性子吸収能力を有する耐腐食材料からなる。
【背景技術】
【０００３】
ＢＷＲのコア内の環境はその中に配置されるコンポーネント（構成要素）を必要とする。その環境は例えば極めて酸化的なものである。ＢＷＲのコア内のこうした要求の多い環境の結果の１つとして、燃料アセンブリのチャンネルボックスが歪んでしまう場合がある。チャンネルボックスは例えば膨らんだり（ｂｕｌｇｅ）曲がったり（ｂｏｗ）する場合がある。チャンネルボックスの曲がり（そり）は、１つのチャンネルボックスの面が対向するチャンネルボックスの面と比較して伸長することに起因する。チャンネルボックスの曲がりは、例えば初期の製造、放射線下の残留応力緩和、異なる照射成長およびシャドウ腐食の結果としての水和作用などの異なる理由により生じることが知られている。
【０００４】
ＢＷＲのコア内にジルコニウムベース合金を含むコンポーネント上でのシャドウ腐食の問題は昔から知られている。シャドウ腐食は局部的な腐食の強まりであり、このコンポーネントが別の金属と直に接触する場合に、ジルコニウムベース合金のコンポーネント上に現れ得る。上述を参照すると、制御棒のブレードがチャンネルボックスに隣接して挿入された場合にチャンネルボックスの外側上にシャドウ腐食が生じ得る。すなわち、ジルコニウムベース合金からなるチャンネルボックスが、通常ステンレス鋼の外側表面を有する制御棒のブレードと直に接触する場合に生じ得る。
【０００５】
シャドウ腐食の程度は２つのコンポーネントの間の距離に依存する。直の接触が最もシャドウ腐食を生じ、約５ｍｍの距離においてシャドウ腐食は事実上なくなる。その作用の殆どは２ｍｍの距離で既になくなっている。
【０００６】
燃料アセンブリの寿命における初期のシャドウ腐食、すなわち最初の数ヶ月の稼動の間での燃料アセンブリの隣に挿入された制御棒に起因する燃料アセンブリ上のシャドウ腐食は通常、ＢＷＲ内のチャンネルボックスの増進したチャンネルの曲がりの問題を促進すると考えられている。シャドウ腐食の結果、制御棒に最も近いチャンネルボックスの外側の、吸収された水素により誘導される成長（ａｂｓｏｒｂｅｄ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ）が増加し得る。この増加した、吸収された水素により誘導される成長は、燃料アセンブリの寿命の後期になって、制御棒に対するチャンネルボックスの湾曲を生じる場合がある。制御棒に対するチャンネルボックスの湾曲は例えば緊急事態の状況において制御棒の挿入を遅滞させるかまたは停止させてしまう場合があり、あるいは、チャンネルボックスと制御棒との間で干渉を生じる場合があり、これにより、例えば、制御棒がコアに挿入された場合に、燃料アセンブリが摩擦により持ち上がってしまうことを生じさせ得る。
【０００７】
制御棒は適切な機能および干渉に関して定期的に検査される。一部の干渉が知らされるか、または疑われている場合、検査の間隔は短くされる。極端な干渉の場合には制御棒は安全な位置に置かれ、すなわち十分に挿入されて安全化される。いずれにせよ、意図された稼動が、シャドウ腐食の最終的な結果として妨げられる。
【０００８】
シャドウ腐食はジルコニウムベース合金のコンポーネントと別の金属を含むコンポーネントとの間の距離に強く依存することが研究から明らかになっている。従って、シャドウ腐食の発生は、大きな制御棒のブレードの場合、ならびに制御棒のブレードとチャンネルボックスとの間が短い距離である場合において最も顕著になる。
【０００９】
特許文献１はシャドウ腐食を防ぐための装置および方法を開示する。この装置は、第１のコンポーネント上においてシャドウ腐食を回避するために、第１のコンポーネントから少なくとも第２のコンポーネントの一部を電気的に絶縁するように配置構成された手段を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願第ＥＰ  ０  ９８６  ０６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、ＢＷＲの燃料アセンブリのチャンネルボックス上のシャドウ腐食を軽減し、それによりシャドウ腐食が強まったチャンネルボックスの湾曲のリスクを低減することである。
【００１２】
本発明の別の課題は制御棒を提供することであり、この制御棒を用いて、チャンネルボックス上のシャドウ腐食が軽減される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの課題の少なくとも１つは添付の特許請求の範囲の請求項に係る制御棒を用いて達成される。
【００１４】
本発明のさらなる利点は特許請求の範囲の従属の請求項の特徴を用いて達成される。
【００１５】
本発明の第１の態様によれば、沸騰水型原子炉用の制御棒が提供される。該原子炉は、複数の燃料アセンブリと、各燃料アセンブリの外側ケーシングを形成し、かつ燃料棒を取り囲む細長のチャンネルボックスと、上記燃料アセンブリの間の各々の制御棒位置に挿入可能であるように構成される複数の制御棒と、を備える。上記制御棒は、長手方向中心軸および制御棒のブレードを有し、各々の制御棒のブレードは第１の面および第２の面を有し、かつ上記長手方向中心軸に実質的に平行している。各々の制御棒のブレードは、第１の吸収体端部から第２の吸収体端部へ上記長手方向中心軸に沿って延びる吸収体材料を備え、上記第１の吸収体端部と上記第２の吸収体端部との間の距離は上記制御棒のブレードの実効長を規定する。上記制御棒のブレードには、上記制御棒のブレードの上記第１の面および第２の面に距離手段が備わっており、上記距離手段は、上記制御棒のブレードの上記実効長の少なくとも１／３の距離を延びており、上記距離手段は、上記制御棒のブレードと上記チャンネルボックスとの間の最小距離を確保し、かつ上記チャンネルボックスに沿って上記制御棒が容易にスライドできるように構成されている、ことを上記制御棒は特徴としている。
【００１６】
距離手段によって確保された最小距離は、チャンネルボックスにおけるシャドウ腐食を軽減する。距離手段が制御棒のブレードから突出しているので、距離手段はチャンネルボックスに接近していてもよい。従って、シャドウ腐食はチャンネルボックスが距離手段に最も近い領域において増加され得る。これらの領域はチャンネルボックスの僅かな部分のみである。しかしながら、距離手段の範囲（伸長）を最小化することが好ましい。従って、距離手段の範囲を設計することが最適化の問題である。長手方向中心軸に沿った距離手段の大きな範囲は、制御棒とチャンネルボックスとの間の最小距離を確保する。同時に、距離手段がチャンネルボックスに近い領域を最小化するために距離手段の範囲を最小化して、それによってシャドウ腐食を最小限にすることが好ましい。
【００１７】
距離手段は、０．５ｍｍ〜２ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、またはさらに好ましくは０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ、制御棒のブレードの面から突出してもよい。距離手段の突出は、シャドウ腐食と同時に、最小距離が確保されるように最適化されてもよい。
【００１８】
距離手段は制御棒のブレードの面に分散されている。距離手段のこのような分散は多くの異なる方法において達成されてもよい。
【００１９】
分散された距離手段を達成する１つの方法は、距離手段を１つ以上の突出部として提供することである。有益には、突出部は、中心軸の方向においてみた場合に、平滑な形状を有してもよく、その平滑な形状はチャンネルボックスに沿って制御棒がスライドすることを容易にする。このようにして、原子炉内で制御棒が詰まって止まってしまうリスクが最小限にされる。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態によれば、上記少なくとも１つの突出部は上記制御棒のブレードの上側部分に提供され、少なくとも１つの突出部は上記制御棒のブレードの下側部分に提供される。これは、下側部分および上側部分において、制御棒のブレードとチャンネルボックスとの間の最小の距離を確保する。
【００２１】
本発明のさらなる実施形態によれば、各々の突出部は細長の隆起部を含む。好ましくは１〜３個の隆起部が制御棒のブレードの各々の面に提供されてもよい。このような隆起部により、制御棒は原子炉内に容易に挿入されるように構成され得る。なぜなら、隆起部の各々１つが、原子炉内における突出した物体上で詰まって止まってしまう場合が起こり得る１つの縁部しか有さないからである。
【００２２】
隆起部が原子炉内に制御棒を挿入する間に詰まって止まってしまうリスクをさらに最小限度にするために、上記隆起部は、上記長手方向中心軸に平行して延びる線に沿って提供され、かつ上記第１の面および第２の面の幅に沿って、上記長手方向中心軸から半径方向外側に分散されてもよい。
【００２３】
シャドウ腐食は原子炉が高出力で稼動している間が最も強い。これは、制御棒のわずかな部分のみが原子炉内に挿入されている状況に対応する。従って、最初に原子炉に導入される制御棒のブレードの部分において距離手段を有することが最も重要である。上記制御棒は最初に、上記第１の吸収体端部が制御棒位置に挿入されるように構成されてもよく、上記隆起部は上記制御棒のブレードの上記第１の面および第２の面において、上記第１の吸収体端部から延びてもよい。これは、原子炉が高出力で稼動している間に、制御棒のブレードとチャンネルボックスとの間に最小の距離を確保する。
【００２４】
制御棒のブレードの実効長（ａｃｔｉｖｅ  ｌｅｎｇｔｈ）全体に亘り、制御棒のブレードとチャンネルボックスとの間の最小距離を確保するために、上記隆起部は、上記制御棒のブレードの上記第１の面および第２の面において、上記実効長全長に沿って延びてもよい。あるいは、隆起部または２つ以上の隆起部が実効長全長のうちの一部に沿って延びていてもよい。
【００２５】
隆起部の代替として、各々の突出部は、点（スポット）状の突出部を含んでもよい。点状の突出部を用いて、距離手段がチャンネルボックスに近接している領域が最小限にされ得る。
【００２６】
上記制御棒は４つの制御棒のブレードを備えてもよく、上記制御棒のブレードは十字形の断面を有する制御棒を形成するように構成される。これはＢＷＲの原子炉における制御棒の標準的な形態である。
【００２７】
距離手段は、制御棒のブレードと同質の部分であってもよい。これは、例えば、制御棒のブレードのプレス成形により達成されてもよい。あるいは、距離手段は制御棒のブレードに溶接されてもよい。
【００２８】
上記制御棒は、主に、上記吸収体材料とは異なる第１の材料からできていてもよい。これは制御棒の通常の設計方法である。なぜなら最も適した吸収体材料は、制御棒の耐荷重性パーツとしては不適切である機械的特性を有するからである。
【００２９】
本発明に係る制御棒の設計は、それゆえ、制御棒のブレードが、燃料アセンブリのチャンネルボックスに接近し過ぎないようにする。さらに、突出部の設計は、燃料アセンブリ間の制御棒の平滑な挿入を確保し、制御棒が損傷しないようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は原子炉を備える原子炉設備を概略的に示す。
【図２】図２は本発明の実施形態に従った制御棒の一部を概略的に示す。
【図３】図３は制御棒の長手方向中心軸に沿った図における制御棒および燃料アセンブリの一部を概略的に示す。
【図４】図４は本発明の第２の実施形態に係る制御棒の一部を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の好ましい実施形態の以下の記載において、異なる図における類似の特徴は同じ参照符号によって示される。
【００３２】
本発明に係る制御棒を備え得る沸騰水型原子炉、ＢＷＲの一実施形態がまず図１を参照して記載される。図１は原子炉設備の一部を示す。原子炉設備は原子炉１を備える。原子炉１は複数の燃料アセンブリ３を有するコア２を備える。各々の燃料アセンブリ３は、チャンネルボックス６内に取り囲まれた複数の細長の燃料棒７を含む（図３を参照）。各燃料棒７は、核燃料７ａと、核燃料７ａを取り囲む被覆材（クラッディング）７ｂを備える。燃料棒７は複数のスペーサグリッド（図示せず）を用いて互いに所定の位置に固定される。コア内の隣接する燃料アセンブリ３の間の呼称間隙（ｎｏｍｉｎａｌ  ｇａｐ）は１２〜２０ｍｍである。
【００３３】
原子炉１はさらに、図１に概略的に示される複数の制御棒４を備える。各制御棒４は、長手方向中心軸ｚを有する（図３を参照）。制御棒４は燃料アセンブリ３の間に位置し、駆動部材５に連結される。
【００３４】
各制御棒４は十字の配置構成に置かれた４つの制御棒のブレード４ａを有する（図２および図３を参照）。駆動部材５は、制御棒４を垂直方向ｘにかつ燃料アセンブリ３の間の個々の位置から、上下に移動させることができる。制御棒のブレード４ａの呼称厚さ（ｎｏｍｉｎａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）は７〜８ｍｍである。
【００３５】
吸収体材料９は制御棒のブレード４ａの各々１つに配置される。吸収体材料９は第１の吸収体端部１１から第２の吸収体端部１２へと延び、吸収体端部１１は制御棒４の上端部に最も近く、第１の吸収体端部は従って、燃料アセンブリ３の間にある制御棒位置に最初に挿入される。第１の吸収体端部１１と第２の吸収体端部１２との間の距離は制御棒のブレードの実効長Ｌを規定する。好ましくは、異なる制御棒のブレード４ａにおける吸収体材料の伸長は、第１の吸収体端部１１と第２の吸収体端部１２とが制御棒４上の全ての制御棒のブレード４ａに共通であるように、互いに対応する。吸収体材料は、主たる合金材料として、ハフニウムと共に炭化ホウ素およびホウ素合金を含む群から選択されてよい。これらの材料は全て好適な中性子吸収属性を有する。本発明はいわゆるグレイ（ｇｒｅｙ）制御棒、すなわち、低減された量の吸収体材料を有する、または有さない制御棒にも適用可能であることに留意されたい。
【００３６】
制御棒のブレード４ａには距離手段１３が備わっており、図示の実施形態においては、隆起した形を有している。これらの突出部は、各制御棒のブレード４ａの面から０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ、またはさらに好ましくは０．８〜１．２ｍｍ、隆起している。
【００３７】
図２および図３に示される実施形態において、突出部は隆起部（ｒｉｄｇｅ）１４として形成され、これらは半径方向に均一に分散されている。全ての隆起部１４は、第１の吸収体端部１１から制御棒のブレード４ａの実効長の半分に沿って長手方向中心軸に実質的に平行して延びている。制御棒の上側半分のみが図２に示されている。もちろん、隆起部１４を、制御棒のブレード４ａの実効長全体に沿って延びるようにさせることもできる。隆起部１４はボックスに沿って制御棒をスライドするのを容易にするために平滑な形状を有する。チャンネルボックス上に突出部がある場合があり、そのチャンネルボックス上で、制御棒上の隆起部１４が平滑な形状でない場合、それらが詰まって動かなくなる（ｇｅｔ  ｓｔｕｃｋ）可能性がある。
【００３８】
隆起部１４は制御棒４の一体化された一部であってもよく、この場合、プレス成形されて、制御棒４となってもよい。
【００３９】
図４は本発明の代替の実施形態に係る制御棒４の一部を示す。図４に示された実施形態において、突出部は、点（スポット）状の突出部１５、および相対的に短い長手方向の伸長を有する隆起部１４の形態である。点状の突出部１５は、例えば、平滑な円錐の形態を有してもよい。また、点状の突出部１５は制御棒４の一体化された一部であってもよく、この場合、プレス成形されて、制御棒４となってもよい。
【００４０】
本発明は図示の実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲の範囲内で様々に変更されてもよく、かつ修飾されてもよい。
【図１】
0005947283.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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