(57)【要約】【課題】本発明の目的は、改良された制御棒を提供することである。本発明のさらなる目的は、原子炉、特に沸騰水型原子炉用制御棒のシャドー腐食のリスクを軽減することである。【解決手段】制御棒は、前記制御棒の長手方向軸に沿って軽水炉の炉心に導入されるのに適合している。前記制御棒は、一つの内部空間（３）を囲み前記内部空間（３）に向いた内面（２’）と外側を向いた反対側の外面（２”）を有するケーシング（２）を有する。前記内部空間に備えられている少なくとも一つの吸収材本体（７）。前記ケーシング（２）はニッケルベース合金または鉄ベース合金の構造材で製造される。前記ケーシングの内面は、電気的絶縁表面層を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御棒の長手方向軸（ｘ）に沿って軽水炉の炉心に導入されるのに適合した制御棒であって、
少なくとも一つの内部空間（３）を囲み前記内部空間（３）に向いた内面（２’）と外側を向いた反対側の外面（２”）を有するケーシング（２）と、
前記内部空間（３）に備えられた少なくとも一つの吸収材本体（７）と、
を有し、
前記ケーシング（２）はニッケルベース合金または鉄ベース合金の構造材を含み、
前記ケーシング（２）の前記内面（２’）が電気的絶縁表面層（９）を有する、
ことを特徴とする制御棒。
【請求項２】
前記吸収材本体（７）がハフニウムで製造されることを特徴とする請求項１記載の制御棒。
【請求項３】
前記電気的絶縁表面層（９）は前記内部空間（３）に隣接することを特徴とする請求項１または２記載の制御棒。
【請求項４】
前記電気的絶縁表面層（９）はセラミック材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項５】
前記電気的絶縁表面層（９）は金属酸化物からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項６】
前記電気的絶縁表面層（９）は酸化ジルコニウムからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項７】
前記電気的絶縁表面層（９）は酸化ハフニウムからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項８】
前記電気的絶縁表面層（９）は酸化チタンからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項９】
前記電気的絶縁表面層（９）は少なくとも０．０１μｍである厚みを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１０】
前記内部空間（３）において、前記吸収材本体（７）と前記ケーシング（２）の前記内面（２’）の間に隙間が存在し、
前記隙間は原子炉水が貫流できるように適合している、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１１】
前記ケーシング（２）は少なくとも一つの前記原子炉水のための入口開口（５）および少なくとも一つの前記原子炉水のための出口開口（６）を有することを特徴とする請求項１０に記載の制御棒。
【請求項１２】
前記吸収材本体（７）は少なくとも一つの吸収材プレート（２１）を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１３】
前記吸収材本体（７）は少なくとも一つの吸収材棒（２２）を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１４】
前記吸収材本体（７）は少なくとも一つの吸収材管（２３）を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１５】
前記吸収材本体（７）は前記制御棒（１）の前記長手方向軸（ｘ）に平行に延びることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１６】
前記制御棒（１）は、前記長手方向軸（ｘ）に対して垂直な横断面において、４つの直交するウィング（４）を有し、各前記ウィングは少なくとも一つの吸収材本体（７）を有する内部空間（３）を囲むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の制御棒。
【請求項１７】
前記ケーシング（２）の前記外面（２”）は電気的絶縁表面層（９）を有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の制御棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽水炉、特に沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用制御棒の一般的な技術分野およびシャドー腐食問題に関する。
より具体的には、本発明は、制御棒の長手方向軸に沿って軽水炉の炉心に導入されるのに適合し、少なくとも１つの内部空間を囲み、内部空間側に向いた内面および外側を向いた反対側の外面を有するケーシングと、内部空間に備えられた少なくとも１つの吸収材本体を含み、ケーシングが鉄ベース合金またはニッケルベース合金の構造材を含むか、またはその構造材で製造される制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニウムベース合金およびハフニウムベース合金等の材料が鉄ベース合金（たとえばステンレス鋼）およびニッケルベース合金に近接する原子炉水環境中にさらされる場合、これらの材料上にシャドー腐食と呼ばれる腐食の促進が恒常的に発生する。
ジルコニウムおよびハフニウム材料は腐食速度の増大及び酸化皮膜厚みの増加に加えて、水素の取り込みおよび水素化物の形成を増大させることがある。
水素化物の形成によって材料が膨張し、ジルコニウムまたはハフニウム材料がその一部をなす構成要素の構造的完全性が脅かされる恐れがある。
【０００３】
軽水炉、たとえば沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の制御棒はステンレス鋼の構造材およびハフニウムの吸収材を含むことがある。
制御棒がジルコニウムベース合金でできた燃料チャンネルへ近接することによって、燃料チャンネル上にシャドー腐食が引き起こされることがある。
また、構造材のステンレス鋼またはニッケルベース合金が制御棒中のハフニウム材料に近接することによって、ハフニウム部品上にシャドー腐食が引き起こされることがある。
【０００４】
日本国特許第４３０１７９３号には、沸騰水型原子炉用制御棒が開示されている。
制御棒は、薄板でできた、４つのウイングを十字状に配置したシースを含んでいる。
各ウイングによって内部空間が囲われる。
ハフニウムの板または管である板状または管状中性子吸収要素は各内部空間に配置される。
原子炉水は各ウイングのハフニウム板間またはハフニウム管内と、構造用板材とハフニウム板または管の間を通っている。
【０００５】
スウェーデン国特許Ｂ−５１２８０４号には、ジルコニウムベース合金の第１構成要素およびステンレス鋼、ニッケルベース合金等の第２構成要素を含む装置が開示されている。
第１構成要素のシャドー腐食を防止するため、第２構成要素には電気的絶縁材料の表層を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は上述の問題を改善し、改良された制御棒を提供することである。
本発明のさらなる目的は、原子炉、特に沸騰水型原子炉用制御棒のシャドー腐食のリスクを軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その目的は当初に制御棒を限定することによって達成され、それはケーシングの内面が電気的絶縁表面層を有することを特徴とする。
【０００８】
そのような電気的絶縁層によって、吸収材本体上のシャドー腐食は防止されるか、または少なくとも効果的に軽減される。
シャドー腐食現象は、中性子放射場を必要とするが、ガルバーニ電気作用によるものであり、金属間の電位差を減らすことによって腐食速度はかなり減らせる可能性がある。
そのような電位差の低減は、制御棒のケーシング内表面上に電気絶縁材料による提案の被覆を施すことによって達成される。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、吸収材本体はハフニウムで製造される。
本発明の発明者らは、制御棒のハフニウム吸収材本体上で観察されてきた欠陥がシャドー腐食によって生じた可能性があることを理解していた。
ケーシングの内表面上に電気的絶縁材料をつけることによって、ハフニウム吸収材本体のシャドー腐食の防止またはかなりの軽減ができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、電気的絶縁表面層は内部空間に隣接する。
したがって、通常制御棒の内部空間を流れ、電解質を形成しうる原子炉水は、電気的絶縁層に接触し、ケーシングの構造材とは直接接触しない。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、電気的絶縁表面層はセラミック材料を含むか、またはセラミック材料からなる。
セラミック材料は大きな表面、すなわちケーシングの内面全体の被覆に適しており、ステンレス鋼等の鉄ベース合金またはニッケルベース合金との良好で耐久性のある接着性を有している。
セラミック材料は放射中の劣化に対しても大きな抵抗を示す。
さらに、放射能放出の増加を防ぐためにもセラミック材料を選択できる。
有利には、電気的絶縁表面層は、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および／または酸化チタン等の金属酸化物を含むか、またはこれら金属酸化物からなる。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態によれば、電気的絶縁表面層は少なくとも０．０１μｍの厚みを有する。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態によれば、吸収材本体とケーシングの内面との間の内部空間には隙間が存在し、隙間は原子炉水が貫流できるように適合させる。
さらに、ケーシングは少なくとも１つの原子炉水入口用開口および少なくとも１つの原子炉水出口用開口を含んでよい。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態によれば、吸収材本体は少なくとも１つの吸収材プレートを含む。
吸収材プレートはケーシングの内面に向かい合って並行に配置できる。
有利には、吸収材本体は、互いに、またケーシングの内壁と平行かつ一定の距離を保った２つの吸収材プレートを含む。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、吸収材本体は少なくとも１つの吸収材棒を含む。
吸収材棒は中実または原子炉水が貫流できる管状でよい。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態によれば、吸収材本体は少なくとも１つの吸収材管を含む。
吸収材管は、制御棒の長手方向軸の方向に長い断面形状を有するのが有利であろう。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、吸収材本体は制御棒の長手方向軸に平行に延びる。
このように本発明は、内部空間に配置されたあらゆる形状のハフニウム管と同様に内部空間に配置された単層または複層のハフニウムプレートについて有効である。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態によれば、制御棒はその長手方向軸に垂直な横断面において、４つの直交するウイングのある十字形の形状を有し、各ウイングは少なくとも１つの吸収材本体を含む内部空間を囲む。
そのような各吸収材は上述の任意の形状でよい。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ケーシングの外面は電気的絶縁表面層を有する。
ケーシング外面の電気的絶縁層は、ケーシング内面の電気的絶縁層と同一材料および同一厚みでよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の各種実施形態について、例証として、ここに添付する図面を参照してこれからより詳しく説明する。
【００２１】
図１から３を参照して制御棒１を開示する。
制御棒１は、軽水炉、より具体的には沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料アセンブリ（非表示）の中核に導入するよう適合させてある。
制御棒１は、制御棒１の長手方向軸ｘに沿って垂直方向に導入および移動するように適合させてある。
本発明は沸騰水型原子炉だけに限定されるものではなく、本発明による制御棒は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）等の他の種類の原子炉にも使用できることに留意すべきである。
【００２２】
制御棒１は、少なくとも１つの内部空間３を囲み、内部空間３に面した内側表面２’および逆に外側に面した外側表面２”を有するケーシング２を含む。
【００２３】
開示した実施形態において、制御棒１は、その長手方向軸ｘに垂直な横断面において、４つの直交するウイング４のある十字形の形状を有する。
各ウイング４は内部空間３を取り囲む。
【００２４】
制御棒１は上端１’および下端１”を有する。
ハンドルまたはグリップ部材１ａが上端１’に用意される。
ケーシング２には、原子炉および制御棒１の内部空間３を貫流する原子炉水用の多数の入口開口５および多数の出口開口６が含まれる。
開示した実施形態において、下端１”近傍の各ウイング４の内部空間３に対する１２の相対する入口開口５、および上端１’近傍の各ウイング４の内部空間３に対する１２の相対する出口開口６が存在する。
そのような開口５，６の設計、位置、および数は変更しうることに留意すべきである。
【００２５】
ケーシング２は、ステンレス鋼等の鉄ベース合金、またはインコネル等のニッケルベース合金の構造材を含むか、またはその構造材で製造される。
【００２６】
制御棒１の各内部空間３には少なくとも１つの吸収材本体７が設けられている。
吸収材本体７は、図３に２つの取付け部材８として示されている適切な取付け手段によって、内部空間３内に取付けられる。
吸収材本体７の形状および設計についてより詳細に以下に述べる。
吸収材本体７はハフニウムで製造された中性子吸収体である。
吸収材本体７はハフニウムで構成または実質的に構成されている。
吸収材本体７が少量の他の元素または物質、たとえば酸化ジルコニウムを含有してもよいことに留意すべきである。
【００２７】
各内部空間３において、吸収材本体７とケーシング２の内面２’の間に間隔または隙間が存在する。
間隔または隙間は、原子炉運転中に原子炉水が入口開口５から出口開口６まで内面２’と吸収材本体７の間を流れうるように適合させる。
【００２８】
ケーシング２の内面２’は電気的絶縁表面層９を有し、表面層９は内部空間３に隣接する。
その結果、電気的絶縁表面層９が原子炉の運転中に原子炉水と接触し、それによってケーシングの構造材、すなわち鉄ベース合金またはニッケルベース合金と原子炉水の接触が防止される。
開示した実施形態において、ケーシング２の外面２”も電気的絶縁表面層９を有してよく、電気的絶縁表面層９は制御棒１の外部の原子炉を貫流する原子炉水と直接接触することになる。
内面２’上および任意選択による外面２”上の電気的絶縁表面層９はセラミック材料を含むか、またはセラミック材料で構成され、セラミック材料はケーシング２の構造材上にコーティングとして被覆される。
【００２９】
セラミック材料は既知の被覆方法によって被覆することができる。
電気的絶縁表面層９は、少なくとも０．０１μｍ、好ましくは少なくとも０．０２μｍ、さらに好ましくは少なくとも０．０３μｍの厚みを有する。
【００３０】
有利には、電気的絶縁表面層９は、金属酸化物等のセラミック材料を含むか、またはセラミック材料で構成される。
適切な金属酸化物は、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および／または酸化チタンである。
【００３１】
図１から図３に開示する第１の実施形態においては、各ウイング４の内部空間３には２つの吸収材本体が配置される。
吸収材本体は、取付け部材８によって各ウイングの内部空間内に取付けられる２つの吸収材プレート２１として設計される。
吸収材プレート２１は、互いに、またケーシングの内壁と平行かつ一定の距離を保って配置される。
吸収材プレート２１は、制御棒１の長手方向軸と平行に延びる。
図２および図３からわかるように、第１の吸収材プレート２１と内面の一方２”、吸収材プレート２１自身の間、そして第２の吸収材プレート２１と内面の反対側２’との間に間隔または隙間が存在する。
原子炉水は、原子炉の運転中、これらの間隔または隙間を貫流する。
２つの吸収材プレート２１の代わりに１つのそのような吸収材プレート２１を各ウイング４の内部空間３に備えてもよいことに留意すべきである。
また３つ以上の平行吸収材プレート２１、たとえば互いに、またケーシングの内壁と一定の距離を保つ３つの平行吸収プレートを備えることもできる。
【００３２】
図４は第２の実施形態を説明する図であり、第２の実施形態は各吸収材本体７が吸収材棒２２を含む点が第１の実施形態と異なる。
吸収材棒２２は中実であっても管状であってもよい。
原子炉水はそのような管状吸収材棒２２を貫流できる。
第２の実施形態において、９つの吸収材棒２２が、取付け手段（非表示）によって、制御棒１の各ウイング４の内部空間３内に互いに一定の距離を保って配置される。
吸収材棒２２は互いに、またケーシング２の内面２’と、そして制御棒１の長手方向軸ｘと平行に延びる。
図４からわかるように、吸収材棒２２と内面の一方２”、吸収材棒２２自身の間、そして吸収材棒２２と内面２’の反対側との間に間隔が存在する。
原子炉水は、原子炉運転中、この間隔を貫流する。
各ウイング４の吸収材棒の数を変えてもよいことに留意すべきである。
【００３３】
図５は第３の実施形態を説明する図であり、第３の実施形態は各吸収材本体７が細長い吸収材管２３、すなわち制御棒１の長手方向軸ｘ方向に長い横断面を有する吸収材管を含む点が第２の実施形態と異なる。
第３の実施形態において、２つのそのような細長い吸収材管２３が、取付け手段（非表示）によって、制御棒１の各ウイング４の内部空間３内に互いに一定の距離を保って配置される。
細長い吸収材管２３は互いに、またケーシング２の内面２’と、そして制御棒１の長手方向軸ｘと平行に延びる。
細長い吸収材管２３は、原子炉水が原子炉運転中にそこを貫流することを可能とする。
図５からわかるように、細長い吸収材管２３と内面の一方２”、細長い吸収材管２３自身の間、そして細長い吸収材管２３と内面２’の反対側との間に間隔が存在する。
原子炉水は、原子炉運転中、この間隔を貫流する。
【００３４】
図６は第４の実施形態を説明する図であり、第４の実施形態は２つではなく３つの細長い吸収材管２３が制御棒１の各ウイング４の内部空間に配置されている点のみが第３の実施形態と異なる。
【００３５】
本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲内において変更および修正できる。
たとえば、吸収材本体７は内部空間３の全長にわたって延びる必要はなく、２つ以上の吸収材本体が内部空間３の垂直方向に連続して配置されてもよいことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態による制御棒の側面を示す図である。
【図２】図１の制御棒の横断面を示す図である。
【図３】図２の横断面の部分を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態による制御棒の横断面を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態による制御棒の横断面を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態による制御棒の横断面を示す図である。
【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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【外国語明細書】
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