(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内に配置され、ブレードを含んで構成される制御棒であって、
前記ブレードは、
中性子を吸収する第１中性子吸収板と、
中性子を吸収する第２中性子吸収板と、
前記第１中性子吸収板と前記第２中性子吸収板との間に配置され、核分裂が停止した核燃料の放射性崩壊によって発生するエネルギーに基づいて発電を行うための発電用板と、
を備えることを特徴とする制御棒。
【請求項２】
前記発電用板は、Ｐ型半導体及びＮ型半導体をＰＮ接合して形成され、前記放射性崩壊によって発生するガンマ線に基づいて発電を行うための板である
ことを特徴とする請求項１に記載の制御棒。
【請求項３】
前記発電用板は、第１金属板と、前記第１金属板とは材質が異なる第２金属板と、を含み、前記放射性崩壊によって発生する熱に基づいて発生する前記第１金属板と前記第２金属板との温度差によって発電を行うための板である
ことを特徴とする請求項１に記載の制御棒。
【請求項４】
前記第１中性子吸収板及び前記第２中性子吸収板は、ハフニウムを含んで構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の制御棒。
【請求項５】
前記第１中性子吸収板及び前記第２中性子吸収板は、炭化ホウ素を含んで構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の制御棒。
【請求項６】
前記第１金属板は、アルメルを含んで構成され、前記第２金属板は、クロメルを含んで構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の制御棒。
【請求項７】
原子力発電所において電力系統からの電力が遮断されたとき、前記原子炉圧力容器に係る情報を計測する計測装置に対して電源を供給する発電システムであっ
て、
請求項１に記載の前記制御棒と、
前記発電用板で発電された電力を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄えた電力を前記計測装置に供給する供給装置と、
を備えることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒、発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、原子力発電所において電力系統からの電力が遮断されたとき、原子炉発電所に係る装置に電力を供給する設備としては、原子炉圧力容器から導出される蒸気を利用して非常用のタービン発電機を駆動し、発生した電力を蓄電する蓄電装置を備えた電源設備が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６０２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、上記の電源設備は、例えば地震等の災害時に、原子力発電所において電力系統からの電力が遮断されたとき（以下、「停電」と称する。）、制御棒の挿入により核燃料の核分裂が停止した原子炉圧力容器の内部で生成される蒸気を利用して、非常用のタービン発電機を駆動させる。タービン発電機によって発電された電力は、蓄電設備に蓄電されて各電力系統に送電される。しかし、上記のような地震等の災害時において、施設の破損等に起因して非常用のタービン発電機が故障して発電できないことがある。そのような場合、蓄電設備が各電力系統に送電できる電力量は、停電前に蓄電設備に蓄えられた電力量のみとなり、長時間の停電には対応できない虞があった。又、上記のような状況において、非常用のタービン発電機を駆動させる蒸気は、本来、原子炉圧力容器の内部に冷却水を供給するためのポンプの駆動に利用される。そのため、上記の電源設備では、停電時、原子炉圧力容器の内部において冷却水の循環が不十分となり、原子炉圧力容器内の核燃料が高温になるという虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は、原子炉圧力容器の内部で生成される非常用のタービン発電機の駆動用の蒸気を利用せずに電力を生成できる制御棒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、原子炉圧力容器内に配置され、ブレードを含んで構成される制御棒であって、前記ブレードは、中性子を吸収する第１中性子吸収板と、中性子を吸収する第２中性子吸収板と、前記第１中性子吸収板と前記第２中性子吸収板との間に配置され、核分裂が停止した核燃料の放射性崩壊によって発生するエネルギーに基づいて発電を行うための発電用板と、を備える。
【０００７】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制御棒が、発電用板を含んで構成されることにより、蒸気を利用せず原子炉圧力容器内で発生するガンマ線及び熱を利用して電力を生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る制御棒が用いられる原子炉圧力容器の全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る燃料集合体と制御棒との配置関係を−Ｙ方向に向かって見た図である。
【図３】本実施形態に係る第１実施形態における制御棒を示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係る第２実施形態における制御棒を示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係る第１実施形態における制御棒を−Ｘ方向に向かって見た断面図である。
【図６】本実施形態に係る第２実施形態における制御棒を−Ｘ方向に向かって見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。尚、図１〜図６においては、同一であるものには同一の引用数字を用いている。
【００１１】
＝＝＝原子炉圧力容器の全体構成＝＝＝
図１は、本実施形態に係る制御棒が用いられる原子炉圧力容器の全体構成を示す図である。尚、図１に示す原子炉圧力容器の全体構成は、本実施形態に係る制御棒の説明を容易に理解するための一例であり、沸騰水型の原子炉発電所における原子炉圧力容器を示したものである。本実施形態に係る制御棒を、図１の原子炉圧力容器とは異なる構成の原子炉圧力容器に用いることも可能である。図２は、本実施形態に係る燃料集合体と制御棒との配置関係を−Ｙ方向に向かって見た図である。図３は、本実施形態に係る第１実施形態における制御棒を示す斜視図である。図５は、本実施形態に係る第２実施形態における制御棒を示す斜視図である。尚、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸に直交する軸であり、Ｙ軸は制御棒の柱状十字型の結合部の中心軸に沿う軸であり、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に直交する軸である。以下、図１、図２、図３、図５を参照しつつ、本実施形態に係る制御棒が用いられる原子炉圧力容器について説明する。
【００１２】
原子炉圧力容器１は、容器部１Ａ、燃料集合体２、制御棒３、冷却水導入口８、蒸気導出口９を含んで構成されている。
【００１３】
容器部１Ａは、核燃料２Ａ１が核分裂して生成される放射線１４及び熱を外部に対して遮断し、冷却水８Ａを循環させ、蒸気９Ａを導出し、原子炉圧力容器１内の圧力を保持する容器である。容器部１Ａは、例えば、鋼鉄製である。容器部１Ａには、燃料集合体２、制御棒３が収容されている。又、容器部１Ａには、冷却水導入口８、蒸気導出口９が設けられている。
【００１４】
燃料集合体２は、燃料棒２Ａ、チャンネルボックス２Ｂを含んで構成されている。燃料集合体２は、チャンネルボックス２Ｂが複数の燃料棒２Ａを覆うようにして構成されている。
【００１５】
燃料棒２Ａは、中性子１４Ａが照射されると、内包する核燃料２Ａ１が核分裂して放射線１４を放射し、同時に熱を発生させる部材である。燃料棒２Ａは、核燃料２Ａ１、燃料被覆管２Ａ２を含んで構成されている。燃料棒２Ａは、例えば円柱状を呈し、例えば核燃料２Ａ１が燃料被覆管２Ａ２に封入されて構成されている。核燃料２Ａ１は、例えば二酸化ウランを円柱状に焼き固められたセラミックスの燃料ペレットである。燃料被覆管２Ａ２は、例えばジルコニウム合金で構成されている。燃料棒２Ａは、チャンネルボックス２Ｂに装荷されている。燃料棒２Ａは、一端がタイプレートの格子板（不図示）に固定され、中間部が支持格子（板ばね）（不図示）によって保持され、他端がタイプレート（不図示）とエクスパンションスプリング（不図示）によって結合されており、燃料棒２Ａの伸び縮みが吸収されるように構成されている。燃料棒２Ａの核燃料２Ａ１から放射される放射線１４には、例えば中性子１４Ａ及びガンマ線１４Ｂが含まれる。核燃料２Ａ１から放射された中性子１４Ａは、他の核燃料２Ａ１に作用して、核分裂を引き起こして核分裂が継続する所謂連鎖反応を発生させる。
【００１６】
チャンネルボックス２Ｂは、例えば、ステンレス製の金属板で構成されている。チャンネルボックス２Ｂは、燃料集合体２の外周面に隣接して移動する制御棒３から、燃料棒２Ａを物理的に保護するために設けられている。燃料集合体２は、柱状十字型の制御棒３のＬ型部分に夫々一個ずつ制御棒３と接触しないように配置されている。
【００１７】
制御棒３は、核燃料２Ａ１から放射される中性子１４Ａの数を調整して連鎖反応を制御し、核燃料２Ａ１の核分裂を抑制するための部材である。制御棒３は、例えば柱状十字型を呈している。制御棒３には、例えば、十字型のＬ型部分に燃料集合体２が夫々一個ずつ、後述するブレード３Ｂと接触しないように配置されている。すなわち、制御棒３の十字型の夫々の角に燃料集合体２が配置されている。制御棒３は、結合部３Ａ、ブレード３Ｂを含んで構成されている。
【００１８】
結合部３Ａは、後述する夫々の制御部材３Ｄ〜３Ｆ、３Ｇ〜３Ｊが固定され、制御棒３を柱状十字型に形成する部材である。結合部３Ａは、例えば柱状十字型を呈し、例えばステンレス製である。結合部３Ａには、Ｚ軸に沿って＋方向及び−方向から夫々一枚ずつ制御部材が結合され、Ｘ軸に沿って＋方向及び−方向から夫々一枚ずつ制御部材が結合されている。つまり、結合部３Ａを中心にして、四枚の板状の制御部材がブレードを形成し、Ｙ軸に沿って中心軸が存在するように構成されている。
【００１９】
ブレード３Ｂは、燃料集合体２と、隣接する燃料集合体２とを遮るように配置され、核燃料２Ａ１から放射される中性子１４Ａの数を抑制するための部材である。ブレード３Ｂは、ケース３Ｃ、制御部材３Ｄ〜３Ｆ又は制御部材３Ｇ〜３Ｊを含んで構成されている。
【００２０】
ケース３Ｃは、冷却水８Ａ及び蒸気９Ａに対して制御部材を保護するための部材である。ケース３Ｃは、制御部材３Ｄ〜３Ｆ、制御部材３Ｇ〜３Ｊを覆うように設けられている。ケース３Ｃは、例えばステンレス製である。
【００２１】
制御部材３Ｄ〜３Ｆ、制御部材３Ｇ〜３Ｊは、核燃料２Ａ１から放射される中性子１４Ａを吸収して連鎖反応を抑制するための部材である。本実施形態において、制御部材３Ｄ〜３Ｆ、制御部材３Ｇ〜３Ｊは、第１実施形態に係る制御部材３Ｄ〜３Ｆと、第２実施形態に係る制御部材３Ｇ〜３Ｊと、からなり、これらの構成は後述する。制御部材３Ｄ〜３Ｆ、制御部材３Ｇ〜３Ｊは、ケース３Ｃに収容されている。
【００２２】
冷却水導入口８は、原子炉圧力容器１内に冷却水８Ａを導入する部分である。冷却水８Ａは、例えば、原子炉圧力容器１内を第１循環１２及び第２循環１３のように対流して、熱を発生させる燃料棒２Ａを冷却する役割を有する。仮に、冷却水８Ａによって燃料棒２Ａを冷却しなければ、核燃料２Ａ１が異常高温になり、核燃料２Ａ１が燃料被覆管２Ａ２から漏出する事故を引き起こす虞がある。冷却水８Ａは、燃料棒２Ａから熱を吸収して蒸発し、後述する蒸発導出口９から導出される。冷却水８Ａは、例えば軽水である。冷却水８Ａは、冷却水導入口８から導入された後に、第１循環１２に示される燃料集合体２の付近において低温部１０を形成する。又、冷却水８Ａは、低温部１０から燃料集合体２を経由し、経由過程で熱を吸収して高温部１１を形成する。尚、低温部１０と、高温部１１との温度差を利用して、ゼーベック効果によって後述する制御部材３Ｇ〜３Ｊの発電用板３Ｉ、３Ｊ（第１金属板及び第２金属板）が発電する。
【００２３】
蒸気導出口９は、冷却水８Ａが核燃料２Ａ１から熱を吸収して蒸発した蒸気９Ａを導出する部分である。蒸気導出口９は、タービン発電機（不図示）のタービンを空間的に直結している。蒸気９Ａは、タービン発電機（不図示）のタービンを駆動させて、タービン発電機（不図示）が電力を生成するために利用される。尚、特許文献１では、この蒸気９Ａを利用してタービン発電機（不図示）で電力を生成し、この電力のみを利用して計測装置７等を駆動させていた。
【００２４】
＝＝＝第１実施形態に係る制御部材の構成＝＝＝
図３は、本実施形態に係る第１実施形態における制御棒を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る第１実施形態における制御部材を−Ｘ方向に向かって見た断面図である。尚、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸に直交する軸であり、Ｙ軸は制御棒の柱状十字型の結合部の中心軸に沿う軸であり、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に直交する軸である。図３、４を参照しつつ、第１実施形態に係る制御部材３Ｄ〜３Ｆについて説明する。
【００２５】
制御部材３Ｄ〜３Ｆは、核燃料２Ａ１の核分裂に伴って放射される中性子１４Ａを吸収するとともに、核分裂が停止した核燃料２Ａ１の放射性崩壊によって発生するガンマ線１４Ｂに基づいて発電する部材である。制御部材３Ｄ〜３Ｆは、中性子吸収部材と、ＰＮ接合半導体と、で構成されている。尚、制御部材３Ｄ、３Ｅは、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅを示し、制御部材３Ｆは、ＰＮ接合半導体３Ｆを示すため、以下において、制御部材３Ｄ、３Ｅを中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅとして表現し、制御部材３ＦをＰＮ接合半導体３Ｆとして表現して説明する。中性子吸収部材３Ｄと、中性子吸収部材３Ｅと、の間にＰＮ接合半導体３Ｆが挟みこまれるように構成されている。中性子吸収部材３Ｄと、中性子吸収部材３Ｅと、ＰＮ接合半導体３Ｆとは、例えばステンレス製のボルト３Ｐ及びナット３Ｑで結合されている。中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅ及びＰＮ接合半導体３Ｆは、ケース３Ｃに収容されている。
【００２６】
中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅは、中性子１４Ａを吸収して連鎖反応を抑制する部材である。中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅは、例えば板状を呈し、例えばハフニウムを含んで構成されている。又、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅは、ガンマ線１４Ｂを透過する部材である。
【００２７】
ＰＮ接合半導体３Ｆは、核燃料２Ａ１から放射されるガンマ線１４Ｂに基づいて発電する部材である。ＰＮ接合半導体３Ｆは、例えば板状を呈している。ＰＮ接合半導体３Ｆは、Ｐ型半導体３Ｆ１と、Ｎ型半導体３Ｆ２と、が接合されて構成されている。Ｐ型半導体３Ｆ１は、例えば４価元素のシリコンに、微量の３価元素のホウ素を加えて生成される部材である。Ｐ型半導体３Ｆ１は、正の電荷（以下、「正孔」と称する。）が移動することで電流を発生させりという特性を有する。Ｎ型半導体３Ｆ２は、例えば４価元素のシリコンに、微量の５価元素のリンを加えて生成される部材である。Ｎ型半導体３Ｆ２は、負の電荷（以下、「電子」と称する。）が移動することで電流を発生させるという特性を有する。ＰＮ接合半導体３Ｆは、例えば、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅと同じ大きさを呈している。ＰＮ接合半導体３Ｆは、Ｐ型半導体３Ｆ１と、Ｎ型半導体３Ｆ２と、が接合されている部分（以下、「ＰＮ接合部３Ｆ３」と称する。）にガンマ線１４Ｂが照射されると、Ｐ型半導体３Ｆ１では正孔が移動し、Ｎ型半導体３Ｆ２では電子が移動し、これらの移動に伴って電流が発生する部材である。発生した電流は、Ｐ型半導体３Ｆ１と、Ｎ型半導体３Ｆ２と、に夫々接続される電極４Ａを通じて蓄電装置５に送電される。尚、電極４Ａは、Ｐ型半導体３Ｆ１側が＋電極、Ｎ型半導体３Ｆ２側が−電極となる。
【００２８】
尚、上記において、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅはハフニウムを含んで構成されているとして説明したが、これに限定されない。中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅは、中性子１４Ａを強く吸収する部材を含んでいればよく、例えば炭化ホウ素、カドミウム合金、インジウム又は銀であってもよい。又、上記において、Ｐ型半導体３Ｆ１はシリコンにホウ素を加えて生成される部材として説明したが、これに限定されない。４価元素のシリコンに、微量の３価元素のアルミニウム又はインジウムを加えてもよい。又、上記において、Ｎ型半導体３Ｆ２はシリコンにリンを加えて生成される部材として説明したが、これに限定されない。４価元素のシリコンに、微量の５価元素のヒ素又はアンチモンを加えてもよい。
【００２９】
＝＝＝第２実施形態に係る制御部材の構成＝＝＝
図５は、本実施形態に係る第２実施形態における制御棒を示す斜視図である。図６は、本実施形態に係る第２実施形態における制御棒を−Ｘ方向に向かって見た断面図である。尚、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸に直交する軸であり、Ｙ軸は制御棒の柱状十字型の結合部の中心軸に沿う軸であり、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に直交する軸である。図５、６を参照しつつ、第２実施形態に係る制御部材３Ｇ〜３Ｊについて説明する。
【００３０】
制御部材３Ｇ〜３Ｊは、核燃料２Ａ１の核分裂に伴って放射される中性子１４Ａを吸収するとともに、核分裂が停止した核燃料２Ａ１の放射性崩壊によって発せられる熱に基づいて発電する部材である。制御部材３Ｇ〜３Ｊは、中性子吸収部材と、第１金属板と、第２金属板と、で構成されている。尚、制御部材３Ｇ、３Ｈは、中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈを示し、制御部材３Ｉは、第１金属板３Ｉを示し、制御部材３Ｊは、第２金属板３Ｊを示すため、以下において、制御部材３Ｇ、３Ｈを中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈとして表現し、制御部材３Ｉを第１金属板３Ｉとして表現し、制御部材３Ｊを第２金属板３Ｊとして表現して説明する。中性子吸収部材３Ｇと、中性子吸収部材３Ｈと、の間に第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとが挟みこまれるように構成されている。中性子吸収部材３Ｇと、第１金属板３Ｉとは、例えばステンレス製のボルト３Ｒ及びナット３Ｓで結合されている。同様に、中性子吸収部材３Ｈと、第２金属板３Ｊとは、例えばステンレス製のボルト３Ｒ及びナット３Ｓで結合されている。中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈ、第１金属板３Ｉ、第２金属板３Ｊは、ケース３Ｃで覆われている。
【００３１】
中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈは、例えば板状を呈し、例えばハフニウムを含んで構成されている。中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈは、中性子１４Ａを吸収して連鎖反応を抑制する部材である。
【００３２】
第１金属板３Ｉ及び第２金属板３Ｊは、例えば板状を呈している。第１金属板３Ｉは、例えばアルメルで構成されている。アルメルは、ニッケル、マンガン、アルミニウム、ケイ素、鉄を含んで構成されている。アルメルは、例えば、ニッケル９４％、マンガン２．５％、アルミニウム２％、ケイ素１％、鉄０．５％の比率で構成されていることが好ましい。第２金属板３Ｊは、例えばクロメルで構成されている。クロメルは、クロム、鉄、マンガンを含んで構成されている。クロメルは、例えば、ニッケル８９％、クロム９．８％、鉄１％、マンガン０．２％の比率で構成されていることが好ましい。第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとは、例えば、中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈと同じ大きさを呈している。第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとは、高温部１１側の一端で電気的に接合（以下、「接合部３Ｋ」と称する。）されている。第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとは、接合部３Ｋ以外の部分においては空隙３Ｌを設けて電気的に絶縁されている。発電用板３Ｉ、３Ｊは、高温の接合部３Ｋと、低温の第１金属板３Ｉ及び第２金属板３Ｊの他端と、の温度差に基づいてゼーベック効果により起電力が発生する部材である。発生した起電力は、第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊと、に夫々接続される電極４Ａを通じて蓄電装置５に送電される。
【００３３】
尚、上記において、第１金属板３Ｉがアルメルで構成され、第２金属板３Ｊがクロメルで構成されているとして説明したが、これに限定されない。第１金属板３Ｉが鉄で構成され、第２金属板３Ｊがコンスタンタンで構成されていてもよい。
【００３４】
＝＝＝発電システムの構成＝＝＝
図１を参照しつつ、発電システム１５の構成について説明する。
【００３５】
発電システム１５は、制御棒３で生成された電力を蓄え、必要に応じて計測装置７に電力を供給するシステムである。発電システム１５は、電力ケーブル４、蓄電装置５、供給装置６、計測装置７、を含んで構成されている。
【００３６】
電力ケーブル４は、制御棒３で生成された電力を蓄電装置５に送電するための部材である。電力ケーブル４は、例えば、絶縁性の被覆を施した銅線である。電力ケーブル４は、＋側の電力ケーブルと、−側の電力ケーブルと、の２本で構成されている。電力ケーブル４は、一端が、第１実施形態の場合は、Ｐ型半導体３Ｆ１、Ｎ型半導体３Ｆ２の電極４Ａに電気的に接続され、第２実施形態の場合は、第１金属板３Ｉ、第２金属板３Ｊの電極４Ａに電気的に接続され、他端が蓄電装置５の端子部（不図示）に電気的に接続され、中間部が例えば制御棒駆動機構３Ｎのハウジング３Ｍの内部に敷設されている。
【００３７】
蓄電装置５は、制御棒３で生成された電力を蓄電する機能を有する装置である。蓄電装置５は、電力ケーブル４を介して電力が入力される。蓄電装置５は、例えば、蓄電池（不図示）、ＤＣ−ＤＣコンバータ（不図示）、ＡＣ−ＤＣコンバータ（不図示）を含んで構成されている。蓄電池（不図示）は、例えば鉛蓄電池である。蓄電池（不図示）は、ＰＮ接合半導体３Ｆ又は第１金属板３Ｉ、第２金属板３Ｊ（以下、「発電用板３Ｆ、３Ｉ、３Ｊ」と称する。）で発電される電力量に応じてセル数（又は電力容量）が決定されるものとする。ＤＣ−ＤＣコンバータ（不図示）は、発電用板３Ｆ、３Ｉ、３Ｊで発電される電力を蓄電池（不図示）で蓄電するための最適な電圧に変換する機能を有する装置である。例えば、発電用板３Ｆ、３Ｉ、３Ｊで発電される電圧が直流４０Ｖである場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ（不図示）に直流４０Ｖが入力されると、直流２４Ｖに変換されて蓄電装置５に出力される。ＡＣ−ＤＣコンバータ（不図示）は、蓄電装置５に蓄えられている直流の電力が入力されると、交流の電力に変換して出力する装置である。例えば、蓄電装置５に蓄えられている電力が直流２４Ｖである場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ（不図示）に直流２４Ｖが入力されると、交流１０５Ｖに変換されて供給装置６に出力される。蓄電装置５は、電力の入出力用の端子において、入力端子（不図示）には制御棒３につながる電力ケーブル４が接続され、出力端子（不図示）には供給装置６につながるケーブルが接続されている。
【００３８】
供給装置６は、蓄電装置５から出力される電力の供給先を選択的に切り替えることができる機能を有する装置である。供給装置６は、例えば、配線用遮断器（不図示）、電磁開閉器(不図示)を含んで構成されている。配線用遮断器（不図示）は、蓄電装置５に接続されている状態と、蓄電装置５から切り離される状態と、を切り替える部材である。電磁開閉器（不図示）は、その開閉動作によって、蓄電装置５に接続される計測装置７を切り替えることができる部材である。供給装置６は、電力の入出力用の端子において、入力端子（不図示）には蓄電装置５につながるケーブルが接続され、出力端子（不図示）には計測装置７につながるケーブルが接続されている。
【００３９】
計測装置７は、原子炉発電所における諸量を計測する装置である。計測装置７は、例えば、放射線計、温度計、圧力計、水圧計、流量計、監視装置を含んで構成されている。計測装置７は、監視装置のモニターで各種計測結果を表示させることができる。
【００４０】
尚、上記において、供給装置６は個別の装置であるように記載したが、これに限定されない。供給装置６は、蓄電装置５に組み込まれている装置であってもよい。
【００４１】
＝＝＝第１実施形態に係る使用態様＝＝＝
図１〜４を参照しつつ、第１実施形態に係る使用態様について説明する。
【００４２】
地震等の災害が発生し、原子力発電所において電力系統からの電力が遮断されたとき（以下、「停電」と称する。）、非常用のタービン発電機（不図示）が起動する。非常用のタービン発電機（不図示）は、冷却水用のポンプ（不図示）を駆動させて、原子炉圧力容器１内に冷却水８Ａを循環させる。又、蓄電設備（不図示）が、計測装置７に電力を送電する。停電時、原子炉圧力容器１内において、核燃料２Ａ１の核分裂を停止させるために、制御棒３が燃料集合体２に挿入される。尚、核分裂が停止した核燃料２Ａ１は、放射性崩壊によって、依然として放射線１４（中性子１４Ａ、ガンマ線１４Ｂ）を発生させる。
【００４３】
先ず、制御棒３が燃料集合体２に挿入される。制御棒３は、燃料集合体２の核燃料２Ａ１から放射される中性子１４Ａ及びガンマ線１４Ｂの照射を受ける。制御棒３に含まれる中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅは、中性子１４Ａは吸収するが、ガンマ線１４Ｂは透過させる。制御棒３に含まれるＰＮ接合半導体３Ｆは、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅを透過したガンマ線１４Ｂの照射を受ける。ＰＮ接合半導体３Ｆに含まれるＰ型半導体３Ｆ１と、Ｎ型半導体３Ｆ２と、ＰＮ接合部３Ｆ３と、がガンマ線１４Ｂの照射により電流を発生させる。具体的には、Ｐ型半導体３Ｆ１に含まれる正孔と、Ｎ型半導体３Ｆ２に含まれる電子と、がＰＮ接合部３Ｆ３に照射されるガンマ線１４Ｂによって励起されて電流（電力）が発生する。つまり、太陽光発電設備と同様の原理で電力を生成することができる。
【００４４】
次に、発生された電力は、Ｐ型半導体３Ｆ１及びＮ型半導体３Ｆ２の夫々に接続されている電極４Ａを通じて電力ケーブル４に流れる。電力は、電力ケーブル４を通じて蓄電装置５に蓄えられる。蓄電装置５は、供給装置６を通じて、電力を計測装置７に送電する。
【００４５】
上記により、仮に、停電が二時間以上継続した場合、蓄電池の電力不足によって蓄電設備（不図示）が停止したとしても、制御棒３から電力が供給され続ける蓄電装置５が電力を計測装置７に供給し続けることができる。よって、継続的に原子力発電所の監視が可能となる。
【００４６】
＝＝＝第２実施形態に係る使用態様＝＝＝
図１、２、５、６を参照しつつ、第２実施形態に係る使用態様について説明する。
【００４７】
地震等の災害が発生し、原子力発電所が停電したとき、非常用のタービン発電機（不図示）が起動する。非常用のタービン発電機（不図示）は、冷却水用のポンプ（不図示）を駆動させて、原子炉圧力容器１内に冷却水８Ａを循環させる。又、蓄電設備（不図示）が、計測装置７に電力を送電する。停電時、原子炉圧力容器１内において、核燃料２Ａ１の核分裂を停止させるために、制御棒３が燃料集合体２に挿入される。尚、核分裂が停止した核燃料２Ａ１は、放射性崩壊によって、依然として熱を発生させる。
【００４８】
先ず、制御棒３が燃料集合体２に挿入される。原子炉圧力容器１の内部は、冷却水用のポンプ（不図示）による冷却水の循環、又は自然対流による冷却水の循環によって、低温部１０及び高温部１１が生じる。制御棒３は、−Ｙ側の部分が低温部１０に接触し、＋Ｙ側の部分が高温部１１に接触する。制御棒３に含まれる第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとは、＋Ｙ側の端部に接合部３Ｋを有している。つまり、高温部１１において、第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとは、接合されている。第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとは、ゼーベック効果により起電力を発生させる。具体的には、高温部１１と、低温部１０との温度差により、第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊと、の夫々の内部において自由電子の移動が生じる。自由電子の移動は、第１金属板３Ｉと、第１金属板３Ｉとは材質が異なる第２金属板３Ｊと、ではその移動量が異なる。つまり、第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊと、を高温部１１（及び低温部１０）で接続すると、夫々の間で電位差が生じて電流（電力）が発生する。
【００４９】
次に、発生された電力は、第１金属板３Ｉ及び第２金属板３Ｊの夫々に接続されている電極４Ａを通じて電力ケーブル４に流れる。電力は、電力ケーブル４を通じて蓄電装置５に蓄えられる。蓄電装置５は、供給装置６を通じて、電力を計測装置７に送電する。
【００５０】
上記により、仮に、停電が二時間以上継続した場合、蓄電池の電力不足によって蓄電設備（不図示）が停止したとしても、制御棒３から電力が供給され続ける蓄電装置５が電力を計測装置７に供給し続けることができる。よって、継続的に原子力発電所の監視が可能となる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る制御棒３は、原子炉圧力容器１内に配置され、ブレード３Ｂを含んで構成される制御棒３であって、ブレード３Ｂは、中性子１４Ａを吸収する中性子吸収部材（３Ｄ又は３Ｇ）と、中性子を吸収する中性子吸収部材（３Ｅ又は３Ｈ）と、中性子吸収部材（３Ｄ又は３Ｇ）と中性子吸収部材（３Ｅ又は３Ｈ）との間に配置され、核分裂が停止した核燃料２Ａ１の放射性崩壊によって発生するエネルギーに基づいて発電を行うための発電用板と、を備えることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、原子力発電所が通常に運転しているときのみならず、特に停電時、原子炉圧力容器１内の蒸気に依存せず発電することができるため、計測装置７の稼働を従来よりも長時間確保することができる。
【００５２】
又、本実施形態に係る制御棒３において、発電用板は、Ｐ型半導体３Ｆ１及びＮ型半導体３Ｆ２をＰＮ接合して形成され、核分裂が停止した核燃料２Ａ１の放射性崩壊によって生じるガンマ線１４Ｂに基づいて発電を行うためのＰＮ接合半導体３Ｆであることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、燃料集合体２に制御棒３を挿入した状態において、核燃料２Ａ１から照射されるガンマ線１４Ｂを利用してＰＮ接合半導体３Ｆが発電できるため、計測装置７の稼働を従来よりも長時間確保することができる。
【００５３】
又、本実施形態に係る制御棒３において、発電用板は、第１金属板３Ｉと、第１金属板３Ｉとは材質が異なる第２金属板３Ｊと、を含み、核分裂が停止した核燃料２Ａ１の放射性崩壊によって生じる熱に基づいて発生する第１金属板３Ｉと第２金属板３Ｊとの温度差によって発電を行うための板であることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、燃料集合体２に制御棒３を挿入した状態において、放射性崩壊によって核燃料２Ａ１から発せされる熱に基づいてゼーベック効果を利用して第１金属板３Ｉと、第２金属板３Ｊとで発電できるため、計測装置７の稼働を従来よりも長時間確保することができる。
【００５４】
又、本実施形態に係る制御棒３において、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅ、中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈは、ハフニウムを含んで構成されることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、沸騰水型の原子炉圧力容器１の内部において長期間使用することができる。
【００５５】
又、本実施形態に係る制御棒３において、中性子吸収部材３Ｄ、３Ｅ、中性子吸収部材３Ｇ、３Ｈは、炭化ホウ素を含んで構成されることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、炭化ホウ素は、大きな中性子吸収断面積を有するため、制御棒３の中性子吸収能力を向上させる。
【００５６】
又、本実施形態に係る制御棒３において、第１金属板３Ｉは、アルメルを含んで構成され、第２金属板３Ｊは、クロメルを含んで構成されることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、アルメル及びクロメルは、高温域で使用可能であり、工業用として最も使用されている部材である。
【００５７】
又、本実施形態に係る制御棒３において、原子力発電所において電力系統からの電力が遮断されたとき、原子炉圧力容器１に係る情報を計測する計測装置７に対して電源を供給する発電システム１５であって、制御棒３、ＰＮ接合半導体３Ｆ又は第１金属板３Ｉ、第２金属板３Ｊで発電された電力を蓄電する蓄電装置５と、蓄電装置５に蓄えた電力を計測装置７に供給する供給装置６と、を備えることを特徴とする。そして、本実施形態によれば、制御棒３で発電した電力を蓄電装置５に蓄電することにより、必要に応じて計測装置７に送電することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  原子炉圧力容器
２  燃料集合体
２Ａ１  核燃料
３  制御棒
３Ｂ  ブレード
３Ｄ、３Ｅ、３Ｇ、３Ｈ  中性子吸収部材
３Ｆ  ＰＮ接合半導体
３Ｆ１  Ｐ型半導体
３Ｆ２  Ｎ型半導体
３Ｉ  第１金属板
３Ｊ  第２金属板
７  計測装置
１４Ａ  中性子
１４Ｂ  ガンマ線
１５  発電システム
【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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