(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心が案内シンブル管を有する原子燃料集合体より成る原子炉の制御棒であって、
制御棒が垂直方向に出し入れされる案内シンブル管は、制御棒を受ける上端側部分と、制御棒が案内シンブル内に下降される時ダッシュポットとして機能する、内径が縮小された下端側部分とを有し、下端側部分の軸方向の長さは案内シンブル管の中空内部の高さの２０％を超えない長さであり、制御棒は
軸方向下端部と、軸方向上端部と、軸方向下端部から延び、外径が案内シンブル管の中空内部の最も狭い寸法部分内にぴったり収まる大きさの下方部分と、中空内部とを有する細長い被覆管と、
ダッシュポット内に摺動可能に受容されるように設計され、細長い被覆管の軸方向下端部を閉じる下方端栓と、
細長い被覆管の中空内部を、細長い被覆管の下方端栓の近傍にある細長い被覆管の下方部分において、軸方向に、制御棒が案内シンブル管内に完全挿入された時細長い被覆管がダッシュポット内に受容される長さに等しいかそれよりも長い距離だけ延びる第１の中性子吸収材と、
第１の中性子吸収材の上方にある細長い被覆管の中空内部の残りの一部を占め、第１の中性子吸収材よりも高い反応度価値を有する第２の中性子吸収材と、
細長い被覆管の軸方向上端部を閉じる上方端栓とより成り、
第１の中性子吸収材はＵＮＳ  Ｎ０６６００、ＵＮＳ  Ｎ０６６２５、ＵＮＳ  Ｎ０６６９０及びＵＮＳ  Ｎ０７７１８の群から選択されたニッケル合金である
原子炉の制御棒。
【請求項２】
第２の中性子吸収材は中性子が照射されると第１の中性子吸収材よりも大きく膨らむ請求項１の制御棒。
【請求項３】
制御棒はグレイ棒である請求項１の制御棒。
【請求項４】
第２の中性子吸収材はＡｇ−Ｉｎ−ＣｄまたはＡｇである請求項１の制御棒。
【請求項５】
第１の中性子吸収材は、制御棒が制御棒案内シンブル管内に完全挿入された時に細長い被覆管がダッシュポット内に受容される長さの十分上方において細長い被覆管内を軸方向に延びるため、照射下で第２の中性子吸収材の膨らみにより被覆管が拡大してもダッシュポット内に受容された被覆管の領域に及ばない請求項１の制御棒。
【請求項６】
第１の中性子吸収材が細長い被覆管を軸方向に延びる距離はダッシュポットが制御棒案内シンブル管の下方端栓から延びる距離よりも大きい請求項１の制御棒。
【請求項７】
第１の中性子吸収材が細長い被覆管を軸方向に延びる距離は０．６１ｍ未満である請求項６の制御棒。
【請求項８】
第１の中性子吸収材及び第２の中性子吸収材は、細長い被覆管を軸方向に、制御棒が挿入される燃料集合体内の燃料ペレット積層体の高さに等しいかそれよりも大きい高さまで合計して延びる請求項７の制御棒。
【請求項９】
炉心が案内シンブル管を有する原子燃料集合体より成る原子炉の複数の制御棒を有する制御棒集合体であって、
制御棒が垂直方向に出し入れされる案内シンブル管は、制御棒を受ける上端側部分と、制御棒が案内シンブル内に下降される時ダッシュポットとして機能する、内径が縮小された下端側部分とを有し、下端側部分の軸方向の長さは案内シンブル管の中空内部の高さの２０％を超えない長さであり、
複数の制御棒の少なくとも一部は、
軸方向下端部と、軸方向上端部と、軸方向下端部から延び、外径が案内シンブル管の中空内部の最も狭い寸法部分内にぴったり収まる大きさの下方部分と、中空内部とを有する細長い被覆管と、
ダッシュポット内に摺動可能に受容されるように設計され、細長い被覆管の軸方向下端部を閉じる下方端栓と、
細長い被覆管の中空内部を、細長い被覆管の下方端栓の近傍にある細長い被覆管の下方部分において、軸方向に、制御棒が案内シンブル管内に完全挿入された時細長い被覆管がダッシュポット内に受容される長さに等しいかそれよりも長い距離だけ延びる第１の中性子吸収材と、
第１の中性子吸収材の上方にある細長い被覆管の中空内部の残りの一部を占め、第１の中性子吸収材よりも高い反応度価値を有する第２の中性子吸収材と、
細長い被覆管の軸方向上端部を閉じる上方端栓とより成り、
第１の中性子吸収材はＵＮＳ  Ｎ０６６００、ＵＮＳ  Ｎ０６６２５、ＵＮＳ  Ｎ０６６９０及びＵＮＳ  Ｎ０７７１８の群から選択されたニッケル合金である
制御棒集合体。
【請求項１０】
炉心が案内シンブル管を有する複数の燃料集合体より成る原子炉であって、複数の燃料集合体のうちの少なくとも一部は各々が燃料集合体内の対応の案内シンブル管内にある多数の制御棒を上下させる対応の制御棒集合体と整列関係にあり、
案内シンブル管は、制御棒を受ける上端側部分と、制御棒が案内シンブル内に下降される時ダッシュポットとして機能する、内径が縮小された下端側部分とを有し、下端側部分の軸方向の長さは案内シンブル管の中空内部の高さの２０％を超えない長さであり、
複数の制御棒の少なくとも一部は、
軸方向下端部と、軸方向上端部と、軸方向下端部から延び、外径が案内シンブル管の中空内部の最も狭い寸法部分内にぴったり収まる大きさの下方部分と、中空内部とを有する細長い被覆管と、
ダッシュポット内に摺動可能に受容されるように設計され、細長い被覆管の軸方向下端部を閉じる下方端栓と、
細長い被覆管の中空内部を、細長い被覆管の下方端栓の近傍にある細長い被覆管の下方部分において、軸方向に、制御棒が案内シンブル管内に完全挿入された時細長い被覆管がダッシュポット内に受容される長さに等しいかそれよりも長い距離だけ延びる第１の中性子吸収材と、
第１の中性子吸収材の上方にある細長い被覆管の中空内部の残りの一部を占め、第１の中性子吸収材よりも高い反応度価値を有する第２の中性子吸収材と、
細長い被覆管の軸方向上端部を閉じる上方端栓とより成り、
第１の中性子吸収材はＵＮＳ  Ｎ０６６００、ＵＮＳ  Ｎ０６６２５、ＵＮＳ  Ｎ０６６９０及びＵＮＳ  Ｎ０７７１８の群から選択されたニッケル合金である
原子炉。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は一般的に原子炉のグレイ制御棒集合体に係り、さらに詳細には、グレイ制御棒が原子炉炉心に完全に挿入された時の燃料集合体案内シンブルのダッシュポット領域内にある中性子吸収材の膨れ及び加熱を減少させる改良に係る。
【０００２】
２．関連技術の説明
典型的な原子炉では、炉心に多数の燃料集合体が含まれるが、個々の燃料集合体は上部ノズルおよび下部ノズルと、両ノズル間を上下方向に延び、横方向に順次間隔を保つ複数の細長い案内シンブル管と、案内シンブル管に沿って軸方向に間隔を保ち、案内シンブル管に固着され、横方向に延びる複数の支持格子とから成る。また、各燃料集合体は、横方向に互いに且つ案内シンブル管とも間隔を保ち、上部ノズルと下部ノズルの間で横方向の格子によって支持された複数の細長い燃料要素または燃料棒より成る。燃料棒はそれぞれ核分裂物質を含み、高速の核分裂の持続とそれによる大量の熱エネルギーの放出を可能にするに十分な中性子束を炉心に提供するように整然と配列されたアレイを構成する。炉心で発生する熱の一部を抽出して有用な仕事をさせるために、液状冷却材が炉心を上方に流れるように圧送される。
【０００３】
炉心における熱発生速度は核分裂速度に比例し、核分裂速度は炉心における中性子束によって決定されるから、原子炉の始動時、稼働中、および停止時における熱発生の制御は中性子束を変化させることによって行なわれる。一般に、この熱発生制御は中性子吸収材を内蔵する制御棒により余剰中性子を吸収させることにより行なわれる。案内シンブル管は燃料集合体の構造要素として機能するだけでなく、炉心内へ中性子吸収制御棒を挿入するためのチャンネルを提供する機能をも有する。中性子束レベル、従って、炉心の熱出力は通常、案内シンブル管に対する制御棒の出し入れによって調整される。
【０００４】
燃料集合体と連携させて制御棒を用いる典型的な構成の１つが本願の譲受人へ譲渡されたHillの米国特許第４、３２６、９１９号明細書に開示されている。この特許は上端部をスパイダー集合体により支持された制御棒アレイを開示するが、このスパイダー集合体は燃料集合体の中空案内シンブル管に対して(ステップ動作で）制御棒を上下動させる制御棒駆動機構に連結している。かかる構成に使用される制御棒の典型的な構成は中性子吸収材を内蔵する細長い金属被覆管の形態を呈し、その両端には管内に吸収材を密閉するための端栓が取付けられている。一般的に、中性子吸収材はセラミックまたは金属のペレットをぎっしりと積み重ねた形態を呈すが、Ｂ４Ｃ吸収材の場合、被覆管の一部を充填するに過ぎず、ペレットの頂部と上方端栓の間には制御動作時に発生するガスを受容するプレナム室を画定する空間または軸方向ギャップが残される。このプレナム室にはコイルばねがあるが、このばねは上方端栓とペレット頂部の間に圧縮状態に保持されており、制御棒のステップ動作時にペレットをぎっしりと積み重ねた形態で維持する。
【０００５】
かくして、制御棒は直接中性子吸収を変化させることにより反応度に影響を与える。制御棒は反応度の迅速な制御に使用される。ホウ酸のような化学的粗調整要素は長期間にわたる反応度の変化を制御するために冷却材に溶解される。ホウ素溶液を炉心全体により均等に分布させればさせるほど、制御棒で行う場合と比べてより均等な出力分布と燃料劣化が生じる。ホウ素の濃度は通常、燃料の劣化及び核分裂生成物の増加を補償するために炉心の寿命と共に減少させる。
【０００６】
キセノン１３５のような核分裂生成物が増加すると中性子の寄生的吸収により反応度が減少し、熱利用率が減少する。キセノン１３５（以下において、ただ「キセノン」と呼ぶ）は中性子吸収または崩壊により除去される。炉心出力の減少（負荷追従時のような電力需要の減少に応じた原子炉出力の減少）が起こると、キセノンの除去に利用可能な熱中性子が少なくなる。従って、炉心のキセノン濃度が増加する。
【０００７】
炉心反応度の減少を伴うキセノン濃度のこの増加は通常、炉心冷却材に溶解されるホウ素の濃度を減少させるか炉心から制御棒を引き抜くことにより補償される。しかしながら、これらの方法は共に問題点がある。ホウ素濃度を変化させるには冷却材、即ち冷却水の処理が必要であるが、これは容易でなく、特に炉心寿命の終期近くでは電力会社は躊躇する。制御棒の引き抜きは出力能力への炉心の回帰の減少及びピーキング係数の増加を意味する。
【０００８】
この問題に対する通常の解決策は、低出力時に引き抜いてキセノンの増加を補償するために利用可能なグレイ棒として知られた低反応度価値の棒の幾つかのバンクを全出力時に炉心に配置することである。本願の譲受人により設計されたＡＰ１０００型原子炉として知られる最新の受動型原子力発電所では、定常状態及び負荷追従動作時における炉心反応度のおおまかな変化を補償するために比較的低い反応度価値を有するグレイ棒を使用する。この運転上の戦略により、全出力定常状態と低出力過渡状態の両方においてグレイ制御棒が炉心内または炉心外へ常にサイクルされる。  この動作時、グレイ棒の１またはそれ以上のバンクは長期間、制御棒の先端が案内シンブル管のダッシュポット領域内に位置する完全挿入状態となる。ダッシュポット領域は、案内シンブル管の下方部分内の内径縮小部分であり、炉心への制御棒の落下時に制御棒の下降を減速して燃料集合体の上部ノズルに対するスパイダーの衝撃を緩和する。各案内シンブル管の底部のダッシュポット領域の長さは約２フィート（０．６１ｍ）である。ダッシュポット領域における冷却材の流速及び冷却材の横断面積は、制御棒が挿入された時の案内シンブル管の残りの部分よりもわずかに小さい。
【０００９】
この運転上の戦略に付随して予想される技術的課題には、以下のものが含まれる。
・出力時の長期間にわたる棒動作により、一部のグレイ棒内の吸収材の照射による膨れに起因して、グレイ制御棒の先端部とダッシュポット領域の案内シンブル管の間で機械的干渉または膠着が起こる可能性がある；
・グレイ棒が完全に挿入されるとダッシュポット領域内の冷却材が沸騰して、案内シンブル管の腐蝕速度が増加し制御棒内部からの熱伝達が減少する可能性がある；
・グレイ制御棒が最終的に引き抜かれる時に短期間の局部出力変化により燃料の一体性が損なわれることがある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、制御棒が完全に挿入された時にダッシュポットが遭遇する制御棒被覆管の領域にある制御棒内の中性子吸収材が照射により膨れて制御棒被覆管の直径を増加させる問題を克服することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、制御棒が完全に挿入された時のダッシュポット領域内の制御棒先端部の加熱を減少することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、制御棒がゆっくり引き抜かれる時に炉心に生じる反応度の急激な変化を緩和することにある。
【発明の概要】
【００１３】
上記及び他の目的は、グレイ制御棒の先端部において優れた照射による膨らみ特性を有する低反応度価値の吸収材を用いる本発明により達成される。好ましい先端部材料は極高中性子フルエンス状態下で最小の膨れ（Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｄのような典型的な吸収材よりも実質的に小さい）を呈することが知られた幾つかの商用ニッケル構造合金のうちの任意のものである。これにより、グレイ制御棒がダッシュポット領域と機械的干渉を生じるかまたは原子炉のトリップに続いて完全に挿入しようとしてもできないという危険性が有意に減少する。グレイ棒のニッケル合金製の下方部分の反応度価値はその下方部分の上方に位置する主要な吸収材構造の約５０−６０％であり、グレイ制御棒の吸収材領域と最下先端部の間の低吸収の移行領域を提供する。さらに、ニッケル合金は主要な吸収材構造と比べて約半分の平均原子量を有し、融解温度が有意に高い。内部の加熱速度は、中性子吸収が低くガンマ加熱が低いことの両方によりニッケル合金の先端部領域において有意に低くなる。その結果、ダッシュポット領域においてる冷却材が沸騰し及び吸収材の中心が融解する危険性が先端部にニッケル合金を用いると有意に減少する。最終的に、先端部に低価値吸収材の領域を含むようにすると、グレイ棒を遅い速度で引き抜く時に（全出力定常状態における大部分の動作では典型的なように）局部出力レベルがさらに一層徐々に増加する。このように局部出力がさらに一層徐々に増加することにより、極端に大きいかまたは急激な局部出力変化による燃料損傷の可能性が有意に減少する。
【００１４】
ニッケル合金の先端部の高さはグレイ制御棒が完全に挿入された時のダッシュポットのわずか上方にまで延びて、グレイ制御棒被覆管の膨張がダッシュポット領域に及ばない程度であるのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
わかりやすくするため、本発明をＡＰ１０００の表示で商業的に知られた加圧水型原子炉の炉心設計に関連して説明する。ＡＰ１０００型原子炉はウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシーの設計である。ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシーは営業所をペンシルベニア州ピッツバーグ地域に有する。ＡＰ１０００型原子炉の設計に対する言及は説明のための例示に過ぎず、本発明の範囲を限定する意図はない。従って、本発明のこの好ましい実施例による例示的なグレイ制御棒集合体の設計は多種多様な他の原子炉の設計にも利用可能である。
【００１６】
例えば、上方、下方、上部、下部、左方、右方及びそれらの派生語句のような本明細書に用いる方向を示す語句は、ほとんどの場合、図面に示す構成要素の配向に関するものであり、特に断らない限り特許請求の範囲に対する限定の意図は持たない。
【００１７】
本明細書で用いる２またはそれ以上の部品が「結合」されるという記載はそれらの部品が直接または１またはそれ以上の中間部品を介して結合されることを意味する。
【００１８】
本明細書で用いる用語「数」は１または１より大きい数（即ち複数）を意味する。
【００１９】
燃料集合体
図面、特に図１を参照して、該図は原子炉の燃料集合体を垂直方向において短縮し、参照番号１０で総括表示した立面図である。燃料集合体１０は加圧水型原子炉に用いるタイプであり、下端部の下部ノズル１２と、上端部の上部ノズル１６と、下部ノズル１２と上部ノズル１６の間を縦方向に延びて両端部をそれらに剛性的に固着された多数の案内管またはシンブル１８とを有する構造的躯体であり、下部ノズル１２は原子炉炉心領域（図示せず）の下部炉心支持板１４上に燃料集合体１０を支持するものである。
【００２０】
燃料集合体１０はさらに、案内シンブル管１８に沿って軸方向に離隔し該シンブル管に取付けられた複数の横方向格子２０と、格子２０により横方向に離隔した態様で整然と支持された細長い燃料棒２２のアレイとを有する。集合体１０はまた、中央にあって下部ノズル１２と上部ノズル１６との間を延びそれらに取付けられた計装管２４を有する。部品の上述した配置から、燃料集合体１０は集合体の部品を損傷させずに容易に取扱えるようにした一体的ユニットを形成することがわかるであろう。
【００２１】
上述したように、燃料集合体１０の燃料棒２２のアレイは燃料集合体の長さ方向に離隔した格子２０により互いに離隔した関係で保持される。各燃料棒２２は原子燃料ペレット２６を内蔵し、両端部は上方端栓２８と、下方端栓３０とにより閉じられている。ペレット２６は上方端栓２８と、ペレット積層体の頂部の間に位置するプレナムばね３２により積層状に維持される。核分裂物質より成る燃料ペレット２６は原子炉の反応出力を発生させる元となる。水またはホウ素を含む水のような液体減速材／冷却材は下部炉心板１４の複数の流れ開口を介して燃料集合体内を上方に圧送される。燃料集合体１０の下部ノズル１２は冷却材を燃料集合体の案内シンブル管１８を介して、また、燃料棒２２に沿って、上方に送ることにより、燃料棒で発生する熱を抽出して利用可能な仕事を発生させる。核分裂プロセスを制御するため、多数の制御棒３４が燃料集合体１０の所定位置にある案内シンブル１８内で往復移動可能である。上部ノズル１６の上方に位置するスパイダー集合体３９は制御棒３４を支持する。
【００２２】
図２Ａ及び２Ｂは図１の燃料集合体１０から取り外したグレイ制御棒集合体３６を示す。一般的に、グレイ制御棒集合体３６は、複数の半径方向に延びるアーム３８を備えた円筒状部材３７を有するが、これらのアームは図２Ｂに最も良く示されるようにスパイダー集合体３９を構成する。各アーム３８にはグレイ制御棒３４が相互接続されているため、グレイ制御棒集合体３６はグレイ制御棒３４を案内シンブル管１８（図１）の内部で垂直方向に移動させて、全て周知の態様で燃料集合体１０（図１）内の核分裂プロセスを制御する。以下に述べる最新のグレイ制御棒の設計による例示的なグレイ制御棒集合体を除き、上述した全ての事項は一般的に当該技術分野において新規でなく周知である。本発明の以下の好ましい実施例をグレイ制御棒集合体に適用するものとして図示説明するが、このグレイ制御棒集合体は、その全反応度価値が停止用としての通常の制御棒集合体と実質的に全ての点で同一である。
【００２３】
最新型グレイ棒制御集合体
原子炉の制御棒集合体であって、（ａ）吸収材先端部の膨れによる原子燃料集合体のダッシュポット領域と干渉する可能性を減少することが可能であり、（ｂ）ダッシュポットの沸騰及び吸収材の融解に関する熱的設計マージンを改善することが可能であり、（ｃ）制御棒引き抜き時における燃料棒被覆管の熱的−機械的負担を減少することが可能な制御棒集合体を提示する。この思想は、燃料集合体がダッシュポット領域として知られる案内シンブル管の内径縮小部分を有する原子炉に使用されると得られる上述した全ての利点を提供する。制御棒は、炉心内に下降されると、案内シンブル管内の水を排除するためその下降が減速される。案内シンブル管の下端部の縮径部はさらに制御棒の下降速度を減少させるため、案内シンブル管底部の端栓から軸方向に離隔したところで軟着陸して停止する。それにより上部ノズル１６に対するスパイダーの衝撃が緩和される。ＡＰ１０００型原子炉では、定常状態及び負荷追従動作時における炉心反応度の大まかな変化を補償するために反応度価値が比較的小さいグレイ制御棒が使用される。この運転戦略により、グレイ制御棒は完全出力定常状態及び減少出力過渡状態の両方において常に炉心に挿入されたり引き抜かれたりする。この動作時に、グレイ制御棒の１またはそれ以上のバンクは、制御棒の先端部が案内シンブル管１８のダッシュポット領域にある完全挿入状態に長期間置かれることがある。各案内シンブル管の底部のダッシュポット領域は約２フィート（０．６１ｍ）であり、内径が小さい。ダッシュポット領域における冷却材の流量及び冷却材の断面積は制御棒が挿入された時は案内シンブル管の残部より有意に小さい。上述したように、これにより多くの技術的課題が生じると予想される。普通のＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ吸収材は照射状態に長期間置かれると膨れて制御棒３４の被覆管に圧力を加え、被覆管をある程度膨張させることが知られている。出力時における長期間の制御棒動作は、小径のダッシュポットと制御棒被覆管の間に機械的な干渉を発生させ、制御棒の完全挿入または完全引き抜きを阻止することがあると予想される。第２に、グレイ棒が完全挿入状態にある時ダッシュポット領域の冷却材がＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ材料の加熱速度及び冷却材の小流量により沸騰する可能性がある。これにより、案内シンブル管１８の腐蝕速度が増加し、制御棒３４の内部からの熱伝達が減少する可能性が生じる。最後に、グレイ棒が最終的に引き抜かれる時に短期間の局部出力変化により燃料棒の一体性が脅かされる懸念がある。
【００２４】
本発明の思想は、グレイ制御棒３４の下方部分をその上方の部分よりも低い中性子吸収特性を有し、照射下における有意な膨れを呈しない材料で置き換えることによりこれらの懸念を払拭するものである。このタイプの材料例として、商品名インコネル合金６００［ＵＮＳ Ｎ０６６００］、同合金６２５［ＵＮＳＮ０６６２５］、同合金６９０［ＵＮＳ Ｎ０６６９０］または同合金７１８［ＵＮＳＮ０７７１８］が含まれる。下方部分は上方部分の材料がダッシュポット領域として知られる燃料集合体の案内シンブル管の内径縮小領域とオーバーラップしないような十分な長さを有することが望ましい。下方部分の材料は一本の棒、複数本の棒またはペレットの形状でよい。
【００２５】
図２Ａ及び２Ｂを参照して、該図は制御棒の一般的な構成を示す。原子炉の冷却材に溶解可能なホウ素の濃度変化を必要とする化学的粗調整要素とは異なり低い反応度価値を有するグレイ棒により提供される機械的粗調整反応度制御能力を利用するために、ＡＰ１０００型原子炉の既存の制御棒集合体３６のような公知の制御棒集合体はグレイ棒制御集合体を使用する。しかしながら、ＡＰ１０００型原子炉のグレイ棒制御集合体の設計は一般的に図２Ｂに示すような構成の２４本の棒を備え、これら２４本の棒の一部（使用するのであれば）ステンレス鋼製の（例えば、ＳＳ−３０４があるがこれに限定されない）水排除棒でよく、残りの棒は中性子吸収棒である。従って、本質的に全ての中性子吸収材は水排除棒を備えていないグレイ棒集合体中に局在化または隔離される。
【００２６】
さらに、ＡＰ１０００型の１つの実施例において、吸収材は約８０％の銀、約１５％のインジウム、約５％のカドニウムより成るＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ吸収材より成る。この吸収材は２４本全ての棒がＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄである公知の標準型完全強度棒クラフタ制御集合体について同じである。しかしながら、ＡＰ１０００型の最終設計は、代わりに、例えば、銀（Ａｇ）のような他の伝統的な中性子吸収材を主要な吸収材として本発明の出願人に譲渡された米国特許出願第１１／１８９，４７２号（出願日２００５年７月２６日）に記載された構成で使用できることを理解すべきである。
【００２７】
本発明によると、グレイ制御棒の先端部に優れた照射による膨れ特性を有する低価値の吸収材を使用することによりＡＰ１０００型原子炉に使用される制御戦略にとって上述した全てのリスクの可能性が減少する。先端部の好ましい材料は、極高中性子フルエンス状態下で最小の膨れ（Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｄのような典型的な吸収材よりも実質的に小さい）を呈することが知られた幾つかの商用ニッケル構造合金のうちの任意のものであり、商品名インコネル合金６００［ＵＮＳ Ｎ０６６００］、同合金６２５［ＵＮＳＮ０６６２５］、同合金６９０［ＵＮＳ Ｎ０６６９０］または同合金７１８［ＵＮＳＮ０７７１８］がある。これは、グレイ制御棒がダッシュポット領域と機械的に干渉するかまたは原子炉のトリップ後に完全挿入しようとしてもできないというリスクを有意に減少させる。上述したように、本発明のグレイ棒のニッケル合金製下方部分の反応度価値はグレイ制御棒のこの下方部分の上方に使用予定の吸収材の約５０−６０％であり、グレイ制御棒の上方吸収材領域と最下方先端部の間の低吸収の移行領域を提供する。さらに、ニッケル合金は主要な吸収材の約半分の平均原子量を有し、融解温度が有意に高い。内部の加熱速度は中性子吸収が低くガンマ加熱が小さいことの両方によりニッケル合金の先端部領域では有意に小さい。その結果、ダッシュポット領域の冷却材が沸騰すると共に吸収材の中心で融解が生じるリスクがニッケル合金の先端部を使用すると有意に減少する。最終的に、先端部に低価値吸収材領域を含むようにすると、グレイ棒を遅い速度で引き抜く時に（全出力定常状態における大部分の動作では典型的なように）局部出力レベルがさらに一層徐々に増加する。このように局部出力がさらに一層徐々に増加することにより、極端に大きいかまたは急激な局部出力変化による燃料損傷の可能性が有意に減少する。
【００２８】
図３Ａはダッシュポット４２内に完全に挿入された制御棒３４の下方部分を示す。制御棒３４は下方の端栓４６と、図示しない上方端栓とを有する細長い被覆管４０より成る。ニッケル合金材５０は下方端栓４６から制御棒３４に沿ってダッシュポットの頂部４４のすぐ上の高さ５６まで延びる。グレイ棒の上方の吸収材４８はその高さ５６から制御棒の上端キャップの下方の点まで延びる。ニッケル合金材５０とグレイ吸収材４８の長さの合計は制御棒が挿入される燃料集合体の燃料ペレット積層体の長さにほぼ等しいかそれよりも大きくなければならない。制御棒は、ダッシュポット４２内に完全に挿入されると案内シンブル管１８の下方端栓上方の離隔した所に収まる。ダッシュポットの全高５２は典型的には２フィート（０．６１ｍ）よりもわずかに小さい。ニッケル合金材の長さは、ダッシュポットの上端部４４をわずかに超えた所で、吸収材４８の膨れにより膨張する制御棒被覆管４０がダッシュポット４４の頂部に到達しない距離だけ延びるように調整される。図３Ｂは図３Ａの上方部分の拡大断面図であり、ニッケル合金先端部５０の領域における案内シンブル管１８の壁部と、ダッシュポット４２と、グレイ制御棒の金属被覆管４０との間の界面を図解するものである。ニッケル合金先端部５０はニッケル合金先端部５０とグレイ棒の上方吸収材４８との合計長さの２０％を超えないのが好ましい。
【００２９】
本発明を特定の実施例に従って詳細に説明したが、当業者は本願の開示全体に照らしてそれら詳細部分に対する種々の変形例及び設計変更が可能なことが理解されるであろう。従って、図示説明した特定の実施例は例示的に過ぎないものであって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は頭書の特許請求の範囲及びその全均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】垂直方向において短縮した形の燃料集合体と、一部を隠し線で示した制御組立体の立面図である。
【図２Ａ】燃料集合体から取り出した状態の図１の制御集合体の部分断面立面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの制御集合体のための制御棒スパイダー集合体の上面図である。
【図３Ａ】グレイ棒制御集合体の小棒の断面図であり、小棒の下方部分が案内シンブル管のダッシュポット領域に挿入された状態を示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示す上方ダッシュポット領域の拡大断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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