(57)【要約】【課題】  吸収体ペレットのスエリングによってシュラウド管が膨張した場合でも、吸収体ペレットおよび吸収体ペレットの破片の保持効果を満足する制御要素を提供する。【解決手段】  シュラウド管６の下端を塞ぐ端栓５を、シュラウド管６下端を包み込むような構造にすると共に、吸収体ペレット２と端栓５との間に、端栓の側壁部５ｂより高いスペーサ８を配置した制御要素１とした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも吸収体ペレットを内包したシュラウド管の下端を取り囲む側壁部を有し、前記側壁部の内側に前記シュラウド管を差込む部分を設けた端栓を有することを特徴とする制御要素。
【請求項２】
請求項１において、前記端栓と、前記シュラウド管に内包された前記吸収体ペレットとの間にスペーサを設置し、前記スペーサは前記側壁部より高いことを特徴とする制御要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速増殖炉や軽水炉等の制御棒に適用される原子炉の制御要素に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子炉内に装荷された制御要素の構造例を図４に示す。
【０００３】
核反応を抑制する吸収体ペレット１０２は中性子の照射を受けるとスエリングと呼ばれる体積膨張を生じる。前記吸収体ペレット１０２のスエリングによって被覆管１０３の健全性が損なわれないよう、制御要素１０１では吸収体ペレット１０２のスエリング膨張量を見越した隙間１０４を予め設けてある。
【０００４】
また、吸収体ペレット１０２は、中性子照射による脆化および内部の温度分布の影響などにより割れを生じ、割れた破片１０２ａは隙間１０４に堆積する。これをリロケーションと呼ぶ。リロケーションにより隙間１０４に堆積した破片１０２ａは、その後のスエリング膨張によって被覆管１０３に強制変位を与えるため、被覆管１０３の破損の原因となる可能性がある。
【０００５】
そこで、吸収体ペレット１０２や吸収体ペレットの破片１０２ａによって被覆管１０３の健全性が損なわれないように、図５および図６に示すように吸収体ペレット１０２の側面を保持し、リロケーションを防止するシュラウド管１０６が従来の制御要素１０１では用いられている。シュラウド管１０６は一列に整列させた吸収体ペレット１０２を内包する管形状であり、下端には底を塞ぐための端栓１０５が差し込まれている。ここで端栓１０５は、シュラウド管１０６の内側のみに嵌合している。
【０００６】
なお、吸収体ペレット１０２のスエリングにより強制変位を受けてシュラウド管１０６が破損するという問題に対しては、これまでにいくつか解決策が考案されている（特許文献１，特許文献２，特許文献３）。このようなシュラウド管１０６は、吸収体ペレット１０２の膨張に応じて円周方向に伸長が可能な構造となっており、外径の１０％程度の伸長に対応できるものもある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８７８８５号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７８８６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８４０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７は、前述した従来の制御要素１０１において、吸収体ペレット１０２のスエリングが生じた状態を示す。端栓１０５をシュラウド管１０６下端の内周のみに嵌合する構造としたこと、また、端栓１０５とシュラウド管１０６との嵌合部を溶接したとしても、吸収体ペレット１０２のスエリング時の発生応力により溶接部が破断する可能性があること等により、吸収体ペレット１０２のスエリングに伴いシュラウド管１０６が膨張すると、端栓１０５との嵌合部に隙間が生じるおそれがある。隙間が生じ、そこから破片１０２ａが流出すると、吸収体ペレット１０２および漏れ出した破片１０２ａのスエリングにより被覆管１０３が強制変位を受け、被覆管１０３の破損の原因となることが考えられる。
【０００９】
このようなことから本発明は、吸収体ペレット１０２のスエリングによってシュラウド管１０６が膨張した場合でも、吸収体ペレット１０２および吸収体ペレットの破片１０２ａの保持効果を満足する制御要素１０１の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した課題を解決するための本発明の請求項１に係る制御要素は、少なくとも吸収体ペレットを内包したシュラウド管の下端を取り囲む側壁部を有し、前記側壁部の内側に前記シュラウド管を差込む部分を設けた端栓を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２にかかる制御要素は、請求項１において、前記端栓と、前記シュラウド管に内包された前記吸収体ペレットとの間にスペーサを設置し、前記スペーサは前記側壁部より高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の制御要素によれば、シュラウド管の下端を塞ぐ端栓を、シュラウド管下端を包み込むような構造としたことにより、吸収体ペレットのスエリング膨張に伴ってシュラウド管が膨らんだ場合でも、端栓によってシュラウド管の下端は常に塞がれた状態を保つため、吸収体ペレットの破片の流出を防ぐことができる。
【００１３】
また、吸収体ペレットがスエリング膨張してシュラウド管が膨らみ、シュラウド管と端栓との嵌合部に強制変位が生じた場合でも、シュラウド管と端栓との嵌合部と、スエリング膨張する最下端の吸収体ペレットとの距離をスペーサにより十分に保てるので、前記嵌合部に発生する応力を緩和し、シュラウド管および端栓の健全性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の詳細を一実施例の図に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、制御要素１は、一列に積み重ねた吸収体ペレット２をスペーサ８上に配置してシュラウド管６で包み込み、シュラウド管６の両端を端栓５とスプリング押さえ１１で塞いで被覆管３に内包した構造となっている。被覆管３の両端には下部端栓７と上部端栓９が差し込まれ、それぞれ溶接等によって接合されており、また、シュラウド管６と上部端栓９との間には、シュラウド管６を被覆管３内に固定するため、スプリング１０およびスプリング押さえ１１が設置されている。
【００１６】
さらに、図２に示すように、シュラウド管６の下端を塞ぐ端栓５は、シュラウド管６の下端を取り囲むような側壁部５ｂによって形成される差込穴５ａを有し、シュラウド管６は端栓５によって包み込まれるような状態で下端を塞がれている。また、側壁部５ｂより高く、上部の径に対し下部の径が小さくなっているスペーサ８により、吸収体ペレット２は上方に移動させられ、端栓５と距離を置いている。
【００１７】
次にこのように構成された制御要素１の作用について説明する。
【００１８】
原子炉内に装荷され、中性子の照射を受けた状態の制御要素１を図３に示す。中性子の照射を受けた吸収体ペレット２のスエリング膨張に伴い、シュラウド管６も円周方向に膨張するが、シュラウド管６の下端は端栓５によって膨張を抑制されるため、シュラウド管６下端の開口部は常に塞がれた状態を保ち、吸収体ペレットの破片２ａはシュラウド管６の外へ流出しない。このため、吸収体ペレットの破片２ａのリロケーションによる被覆管３の破損等を防止することができる。
【００１９】
また、端栓５の上に、直接、吸収体ペレット２を載せると、吸収体ペレット２のスエリングによりシュラウド管６が膨張して、端栓５とシュラウド管６との嵌合部に強制変位が負荷され、端栓５やシュラウド管６が破損するおそれがあるが、端栓５とスエリング膨張する吸収体ペレット２との間にスペーサ８を設置し、スペーサ８が側壁部５ｂより高いので、シュラウド管６が膨張する部分から端栓５を遠ざけられ、前記嵌合部に発生する強制変位が軽減されて、端栓５およびシュラウド管６の破損を防止することができる。
【００２０】
なお、実施例において、スペーサ８は段付きの形状であるがこれに限らない。また、端栓５はシュラウド管６の外側のみに嵌合しているが、内側にも勘合しても良い。さらに、スペーサ８が上下同じ外径、また端栓５とスペーサ８が一体であっても構わない。
また、制御要素１がスペーサ８に対して十分に長く、吸収体ペレット２はスペースを十分確保されているため、スペーサ８を設置することにより吸収体ペレット２のスペースが制限されるという点は問題視されない。
【実施例】
【００２１】
制御要素の設計の一例を以下に示す。
端栓の材質：ＳＵＳ３１６
スペーサの材質：ＳＵＳ３１６
シュラウド管の材質：ＳＵＳ３１６
シュラウド管の構造：２重Ｃ型シュラウド管
シュラウド管の内外径：１２．３ｍｍ／１３．６ｍｍ
端栓の内外径：１３．７ｍｍ／１５．０ｍｍ
被覆管の内外径：１５．５ｍｍ／１６．９ｍｍ
端栓の差込穴深さ：１０ｍｍ
スペーサ高さ：５０ｍｍ
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明により、吸収体ペレットがスエリングした場合でもシュラウド管と端栓の嵌合部から吸収体ペレットの破片が流出することがなくなり、被覆管の破損を防止できるため、シュラウド管が吸収体ペレットの保持機能を維持できる期間に亘って炉内で制御要素を使用することが可能となり、制御要素の長寿命化、および制御要素交換コストや放射性廃棄物の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の制御要素の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の制御要素の下部構造を示す断面図である。
【図３】本発明の制御要素でリロケーションが生じた状態を示す断面図である。
【図４】シュラウド管の無い従来の制御要素でリロケーションが生じた状態を示す断面図である。
【図５】従来の制御要素の下部構造を一部破断して示す斜視図である。
【図６】従来の制御要素の下部構造を示す断面図である。
【図７】シュラウド管がある従来の制御要素でリロケーションが生じた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１０１  制御要素
２，１０２  吸収体ペレット
２ａ，１０２ａ  吸収体ペレットの破片
３，１０３  被覆管
４，１０４  隙間
５，１０５  端栓
５ａ  差込穴
５ｂ  端栓の側壁部
６，１０６  シュラウド管
７，１０７  下部端栓
８  スペーサ
９  上部端栓
１０  スプリング
１１  スプリング押さえ
【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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