(57)【要約】【課題】ベント孔同士の位置を長くすることなくＮａ流入性の向上を図った中性子吸収要素を提供する。【解決手段】ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、被覆管の中にＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、ペレット室の上方に設けられた中間端栓と、中間端栓の上方に形成された上部室と、中間端栓を貫いてペレット室と上部室とを連通したベント管と、上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、中間端栓の上面に開口してＮａ流入孔が設けられ、Ｎａ流入孔から中間端栓を貫いてベント管の下端面より下方の位置まで延びるＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、該要素内に常温で０．０５ＭＰａ以下のヘリウムガスを封入しているので、中性子吸収要素がＮａに浸漬してハンダシールが溶けると、要素内外の差圧によって要素内外の圧力が平衡に達するまでナトリウムが要素内に流入する。【選択図】  図１
2004245677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中にＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から前記中間端栓を貫いて前記ベント管の下端面より下方の位置まで延びるＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、この中性子吸収要素内に常温で０．０５ＭＰａ以下のヘリウムガスを封入したことを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項２】
請求項１記載の中性子吸収要素の検査方法において、中性子吸収要素の被覆管外面に接触させて該要素内に超音波を伝播させる超音波検出器と、被覆管内ガス層の超音波の伝播時間を測定する計測装置とを備え、前記超音波が前記要素内を伝播する時間から封入されているガスの音速を算出し、封入されている要素内への空気混入と、ハンダシール部及び被覆管部の欠陥を検出することを特徴とする中性子吸収要素の検査方法。
【請求項３】
請求項１記載の中性子吸収要素の被覆管の下部ベント孔と上部ベント孔とが各々１箇所設けられ、上部ベント孔と下部ベント孔との方位を同じとする中性子吸収要素のハンダシール部の欠陥を検査する中性子吸収要素の検査方法において、ヘリウム雰囲気の密封容器内でハンダシールされた前記被覆管の下部ベント孔と上部ベント孔を下側に向けた状態とし、前記密封容器を大気開放して容器内のヘリウムを排除して空気雰囲気とした後、前記密封容器内を真空引きしたガスをヘリウム検出器に導いて中性子吸収要素のハンダシール部の欠陥を検出することを特徴とする中性子吸収要素の検査方法。
【請求項４】
ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、該被覆管の中にＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から前記中間端栓を貫いてベント管の下端面より下方の位置まで延びるＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、Ｂ４Ｃペレットの周囲をＢ４Ｃの全長に亘って鋼製素線で無端状に織られた鋼製チューブで被覆し、その鋼製チューブの内径はＢ４Ｃペレットの外径以下であることを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項５】
請求項４記載の中性子吸収要素において、鋼製チューブの鋼製素線の表面を金で覆ったことを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の中性子吸収要素において、該要素内に常温で０．０５ＭＰａ以下のヘリウムガスを封入したことを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項７】
ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中にＢ４Ｃペレットを装填するペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓を貫通したＮａ流入孔が設けられ、ペレット押え治具の頂部と前記中間端栓下端までの距離を５ｍｍ以下としたことを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項８】
ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中に設けられたＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けられたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から前記中間端栓を貫いてベント管の下端面より下方の位置まで設けられたＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、前記中間端栓の上面を前記中性子吸収要素の軸中心から被覆管下部ベント孔の設置方向に向けて勾配を付したことを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項９】
ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中に設けられたＢ４Ｃペレットを装填するペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通して設けられたベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けられたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から中間端栓を貫いて下部ベント孔の上部から中間端栓の下端面まで延びるＮａ導入管とを備えたことを特徴とする中性子吸収要素。
【請求項１０】
請求項１または請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の中性子吸収要素において、中間端栓の下面をすり鉢状もしくはベルマウス状としたことを特徴とする中性子吸収要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体ナトリウム（以下、Ｎａという）を冷却材とする高速炉の炉心で発生する中性子の制御、遮蔽、吸収に用いられる中性子吸収要素とその検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速炉において、制御要素と称されているものは、制御要素を数本束ねて炉心内で上下動作させ核反応を制御する制御棒、制御要素を数本束ねて炉心内に静的に保持し炉心の反応度を調整する中性子吸収体、遮蔽を目的として炉心の外周に装荷する中性子遮蔽体がある。制御要素を収納するこれら集合体の形状は異なるが、制御要素と呼ばれる中性子吸収要素自体の構成に変わりはない。ここではこのような制御要素を含めて中性子吸収要素と称している。
【０００３】
図８に示す従来の中性子吸収要素（特許文献１参照）では、冷却材である液体ナトリウムに被覆管１が浸漬されると、Ｎａの熱によって上部ベント孔７及び下部ベント孔８を塞いでいる低融点ハンダシールが溶けて、下部ベント孔８よりＮａが上部室５に流入する。流入したＮａは上部ベント孔７と下部ベント孔８との差圧によってＮａ導入管１０を介してペレット室３に流下する。製作時にペレット室３に封入されたヘリウムガスはベント管６を通って上部室５の中のヘリウムガスと一緒に上部ベント孔７より被覆管１の外に放出される。また、供用中に炭化硼素（Ｂ４Ｃ）ペレット２で生成されたヘリウムガスはベント管６を通って上部室５に入り、上部ベント孔７から被覆管１の外に放出される。この時、Ｎａ導入管１０の下端は、ベント管６の下端面よりも下方にあるため、生成されたヘリウムガスはＮａ導入管１０にはほとんど侵入しない。このようにＮａ流入管とヘリウムガス排出の経路が独立しているため、１つの経路でＮａ充填を行う場合と比べ、被覆管１の中のＮａ中に溶出したＢ４Ｃ粉末を被覆管１の内部に保持することができ、被覆管外への流出を防止できる。また、Ｎａボンド型にした結果、被覆管１とペレット２との間のギャップを拡大できるので、機械的相互作用を長時間回避でき、中性子吸収要素の寿命の向上が図られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１３６７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の中性子吸収要素は、Ｎａ流入孔付ダイビングベル型中性子吸収要素と称されるもので、中性子吸収要素内部へのＮａの流入は上部室に２段開けられた上部ベント孔７と下部ベント孔８とのヘッド差圧によって行われている。被覆管１とペレット２とのギャップを拡大して機械的相互作用を回避しているため、このギャップにヘリウムよりも伝熱特性の優れたＮａを確実に流入できないと、ペレット２で発生する熱を中性子吸収要素の外に逃がし難くなるため、ペレット２の熱的制限値を満足できなくなる可能性がある。特に被覆管１とペレット２のギャップは下方になるに従って、Ｎａがギャップに流入しにくく、制御棒のように落下操作を行う機器の場合は、その衝撃力によってギャップの下端に閉じ込められたヘリウムが徐々に上昇するものの、炉心に静的に設置される中性子遮蔽体等の場合は、ヘリウムがギャップの下端に閉じ込められたままになる可能性がある。このため、Ｎａを確実に要素内に流入させるためには、上部ベント孔と下部ベント孔との距離を十分に取って差圧を大きくするか、Ｎａ浸漬から十分な時間を保持して要素内にＮａが流入するのを待つ必要がある。しかし、上部ベント孔と下部ベント孔との距離を十分に取ると要素長が長くなり、放射性廃棄物の物量を増加させることになる。
【０００６】
従って、従来のＮａ流入孔付ダイビングベル型中性子吸収要素では、Ｎａとヘリウムとの流入経路を独立させることで、ペレット室３の内部のＮａ中に溶出したＢ４Ｃ粉末をＮａ導入管１０を介して上部室５に侵入させず、Ｂ４Ｃ粉末の大半をペレット室３内に保持している。しかし、被覆管１とペレット２とのギャップに流入したＮａは、ペレット２の発熱によって暖められてペレット室３に上昇する。Ｂ４Ｃは比較的密度が小さいため、特にペレット２に接するＮａはペレット２の周囲のＢ４Ｃ粉末をペレット室３に巻き上げるように上昇させる。このため、ペレット室３上部では上昇したＮａと共にＢ４Ｃ粉末が対流し、Ｎａ導入管１０を介して温度の低い上部室５にＢ４Ｃ粉末を含んだＮａが逆流し、Ｂ４Ｃ粉末が下部ベント孔８から要素の外に放出される可能性がある。
【０００７】
従って、上部室５内部のＮａは、要素をＮａから取り出せば下部ベント孔８を通って要素外に排出されるが、ペレット室３の内部のＮａは排出することができず、多量のＮａが要素内に残存する。通常、炉内に装荷された機器は、機器に付着したＮａを水洗した後、水中に浸漬して保管されるが、ペレット室３に多量のＮａが残存していると、浸漬させた水が高濃度のアルカリ性となり、保管中の機器にアルカリ腐食を起こさせる可能性がある。
【０００８】
また、下部ベント孔８からＮａが流入するため、下部ベント孔８を塞いでいるハンダシールがＮａ流入管１０を通って、被覆管１とペレット２とのギャップに侵入する可能性がある。通常、中性子吸収要素がＮａに浸漬されると、上部ベント孔７よりも先にＮａに接する下部ベント孔８の方が溶けやすく、Ｎａに熱せられて要素内で圧力となったヘリウムガスによって下部ベント孔８を塞いでいたＮａは要素の外に押し出される。しかし、下部ベント孔８が複数設けられている場合には、下部ベント孔８の孔径の微小な差や、ハンダシールの量によって、いずれか１箇所が先に溶け出し、該部分の下部ベント孔のハンダシールだけは要素外に押し出されるものの、残りの下部ベント孔８のハンダシールは要素外のＮａと共に要素内に流入する。また、下部ベント孔８及び上部ベント孔７が各々１つづつ設けられている場合でも、ベント孔径の差やハンダシールの量によって、先に上部ベント孔７のハンダシールが先に溶けた場合は、下部ベント孔８のハンダシールは要素内に流入する。ハンダの主要構成材である錫の熱伝導率は約３３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、鉛及びビスマスは約１６（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｎａの熱伝導率の約６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて劣るため、被覆管１とペレット２とのギャップにハンダシールが侵入することはペレットの熱的制限の観点から好ましくない。
【０００９】
また、Ｂ４Ｃペレット２は中性子の照射によって内部にヘリウムガスが蓄積し、クラック等が発生した際に蓄積されたヘリウムガスが放出される。このヘリウムガスはベント管６から排出されているが、中性子吸収要素の据付上の傾き、あるいは中間端栓４と被覆管１との溶接時の変形等により、ペレット室３の上部、すなわち中間端栓４の下部に、ペレット２で生成したヘリウムガスが滞留する可能性があり、ヘリウムガスを中性子吸収要素の外に排出するという機能が損なわれる。
【００１０】
本発明は上記情況に対処するためになされたもので、その課題はベント孔同士の位置を従来より長くすることなくＮａ流入性の向上を図った中性子吸収要素とその検査方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中にＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から前記中間端栓を貫いて前記ベント管の下端面より下方の位置まで延びるＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、この中性子吸収要素内に常温で０．０５ＭＰａ以下のヘリウムガスを封入したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の中性子吸収要素の検査方法において、中性子吸収要素の被覆管外面に接触させて該要素内に超音波を伝播させる超音波検出器と、被覆管内ガス層の超音波の伝播時間を測定する計測装置とを備え、前記超音波が前記要素内を伝播する時間から封入されているガスの音速を算出し、封入されている要素内への空気混入と、ハンダシール部及び被覆管部の欠陥を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の中性子吸収要素の被覆管の下部ベント孔と上部ベント孔とが各々１箇所設けられ、上部ベント孔と下部ベント孔との方位を同じとする中性子吸収要素のハンダシール部の欠陥を検査する中性子吸収要素の検査方法において、ヘリウム雰囲気の密封容器内でハンダシールされた前記被覆管の下部ベント孔と上部ベント孔を下側に向けた状態とし、前記密封容器を大気開放して容器内のヘリウムを排除して空気雰囲気とした後、前記密封容器内を真空引きしたガスをヘリウム検出器に導いて中性子吸収要素のハンダシール部の欠陥を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項１ないし請求項３記載のいずれかの発明によれば、中性子吸収要素がＮａに浸漬してハンダシールが溶けると、要素内外の差圧によって要素内外の圧力が平衡に達するまでナトリウムが要素内に流入するので、従来の中性子吸収要素に比べて要素内へのナトリウム流入性が格段に向上する。また、要素内への空気混入を確認できることにより、低圧のヘリウムが要素内に保持されていることを確認できると共に、原子炉内への空気の混入を防ぐことが可能となる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、該被覆管の中にＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から前記中間端栓を貫いてベント管の下端面より下方の位置まで延びるＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、Ｂ４Ｃペレットの周囲をＢ４Ｃの全長に亘って鋼製素線で無端状に織られた鋼製チューブで被覆し、その鋼製チューブの内径はＢ４Ｃペレットの外径以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の中性子吸収要素において、鋼製チューブの鋼製素線の表面を金で覆ったことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４または請求項５記載の中性子吸収要素において、該要素内に常温で０．０５ＭＰａ以下のヘリウムガスを封入したことを特徴とする。
【００１７】
請求項４ないし請求項６記載のいずれかの発明によれば、Ｂ４Ｃペレットを鋼製チューブで覆ってＢ４Ｃ粉末を要素外に拡散させることを防止できるため、放出されたＢ４Ｃ粉末が炉内機器の間隙に入り込むことを防止でき、原子炉内をＢ４Ｃ粉末が流動することによって生じる原子炉出力の変動を防止でき安定運転に寄与できる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中にＢ４Ｃペレットを装填するペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓を貫通したＮａ流入孔が設けられ、ペレット押え治具の頂部と前記中間端栓下端までの距離を５ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、要素内に残留した放射化ナトリウムの量を削減できるため、水洗浄後に長期保管する中性子吸収要素のアルカリ腐食を低減できると共に、放射化ナトリウム洗浄廃液の量を少なくできる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中に設けられたＢ４Ｃペレットが装填されたペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通したベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けられたＮａ流入孔と、このＮａ流入孔から前記中間端栓を貫いてベント管の下端面より下方の位置まで設けられたＮａ導入管とを備えた中性子吸収要素において、前記中間端栓の上面を前記中性子吸収要素の軸中心から被覆管下部ベント孔の設置方向に向けて勾配を付したことを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載の発明は、ナトリウムからなる冷却材の中に浸漬された被覆管と、この被覆管の中に設けられたＢ４Ｃペレットを装填するペレット室と、このペレット室の上方に設けられた中間端栓と、この中間端栓の上方に形成された上部室と、前記中間端栓を貫いて前記ペレット室と前記上部室とを連通して設けられたベント管と、前記上部室の被覆管を上下２段貫いて形成されたベント孔と、前記中間端栓の上面に設けられたＮａ流入孔と、この該Ｎａ流入孔から中間端栓を貫いて下部ベント孔の上部から中間端栓の下端面まで延びるＮａ導入管とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項８または請求項９記載の発明によれば、熱伝導率の低いハンダシールが溶けて、被覆管とＢ４Ｃペレットに入り込むことを抑制できるため、中性子吸収要素の除熱特性を阻害することを防止できる。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項１または請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の中性子吸収要素において、中間端栓の下面をすり鉢状もしくはベルマウス状としたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明によれば、中性子吸収要素の微小な倒れや据付面の傾きがあっても、Ｂ４Ｃペレットで発生するヘリウムガスが中間端栓の下部にたまることを防止できるため、被覆管の熱疲労の緩和し、かつペレット押えばねのへたりを抑制できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の第１実施形態（請求項１及び請求項６対応）は、例えば図８の中性子吸収要素の内部にあらかじめ低圧のヘリウムガスを封入しておくことにより、Ｎａが流入しにくい被覆管１とＢ４Ｃペレット２との間隙にＮａを流入しやすくしたものである。
【００２６】
中性子吸収要素は、密封容器の中に中性子吸収体を入れ、密封容器内の空気をヘリウムガスと真空置換した後、容器内のヘリウムガスの圧力を真空に近い０．０１ＭＰａまで減じ、その圧力を保持したまま上部ベント孔７と下部ベント孔８をハンダシールで塞ぎ、要素内に低圧のヘリウムガスを封入している。もちろん、できるだけ真空に近い圧力状態とすることが望ましいが、ヘリウムガスは透過性が高いため、より機密性を有する装置を導入することは経済性が悪く、真空引きの回数を増やして空気を追い出すようにしている。
【００２７】
また、中性子吸収要素をＮａに浸漬した際には、Ｎａの温度で要素内のヘリウムガスの圧力が上がるため、この圧力上昇分を考慮しても浸漬したＮａの外圧よりも要素内が低圧となるように封入圧力を設定する必要がある。浸漬するＮａの温度は２５０℃程度でおよそ０．１ＭＰａ程度であるため、封入するヘリウムガスの圧力は常温で０．０５ＭＰａ以下としておけばよい。本実施形態では、ハンダシールを行う際の熱によって密封容器内の圧力が変動すること、また前述の経済性の理由を考慮して封入圧力は真空に近い０．０１ＭＰａまで減じている。
【００２８】
このようにして製作した中性子吸収要素では、Ｎａ流入初期にＮａ換算で約１０ｍ程度のヘッド差を有しており、従来の中性子吸収要素が原子炉の構造上０．４ｍ程度（上部ベント孔７と下部ベント孔８の距離）しかヘッド差を取れないことから、格段に要素内へのナトリウム流入性が向上する。
【００２９】
図１は本発明の第１実施形態（請求項２対応）であるナトリウム浸漬前の中性子吸収要素上部の拡大図である。
図に示すように、被覆管１に開けたベント孔はハンダシール２０によって塞がれており、被覆管１の内部には低圧のヘリウムガス２１が封入されている。超音波センサ２２を超音波の送受信と波形観察ができる超音波受発信機２３につなぎ、超音波センサ２２より発信した超音波２４が被覆管１の内面を反射して戻ってくる時間を計測する。被覆管１の肉厚は被覆管の内径に比べて極めて薄く、また被覆管の主成分であるステンレス鋼の音速はヘリウムガスの音速より早いため、計測した時間はほとんど超音波２４がヘリウムガス２１を伝播するに要した時間となる。
【００３０】
一方、ハンダシール２０に欠陥が生じると、被覆管１の内部は低圧であることから、被覆管１の中には空気が侵入する。さらにヘリウムガスは空気よりも軽いため、被覆管１内部のヘリウムガスのほとんどが、空気と置換される。
【００３１】
ヘリウムガスの常温の音速は、常圧から０．０１ＭＰａの範囲では約１０００ｍ／ｓであり封入されているガス圧力に依存しない。また、空気の常温の音速は約３５０ｍ／ｓである。従って、被覆管１にヘリウムガス２１が封入されている状態では比較的短時間で超音波が伝播するが、被覆管１の内部が空気に置換された状態では音速が１／３になるため、伝播時間は図２の２７に示すように約３倍となる。なお、図２の２５は送信波、２６は中性子吸収要素内がヘリウムガスの場合の受信波である。
【００３２】
現在、実用化されている中性子吸収要素の被覆管内径は１５〜３０ｍｍ程度である。内径が１５ｍｍの場合は超音波が往復するに要する時間は、ヘリウムガスが封入されている場合に約３０μｓ、空気の場合には約８４μｓであり、この差は簡単に測定することができる。
【００３３】
実際の検査にあたっては、被覆管の内径の測定結果から、下式によって超音波の伝播時間を算出し、測定された伝播時間と著しい差がないことを確認する。
ｔ＝２ｄ／Ｖ
ただし、ｔ：伝播時間，ｄ：被覆管内径，Ｖ：ヘリウムガスの音速
【００３４】
本実施形態によれば、中性子吸収要素内に封入されているガスの音速を測定することにより、中性子吸収要素の中に空気が混入したか否かを判断できるので、ハンダシールの欠陥の有無を検査することができる。
【００３５】
図３は本発明の第２実施形態（請求項３対応）の検査装置の構成図である。
図に示すように、本実施形態では、密封容器３０の中に、ハンダ装置３１と、中性子吸収要素３５を保持すると共に上部ベント孔７の位置を真上に調整できるようローラ機構を具備した架台３２が設置され、密封容器３０内を真空雰囲気にする真空ポンプ３４とヘリウム検出器３３と、ヘリウムガス供給設備３６が密封容器３０に接続されている。中性子吸収要素３５のハンダシールを形成するためには、まず、架台３２に中性子吸収要素３５を載せ、密封容器３０でこれらを覆う。この時密封容器３０内は空気雰囲気となっているため、真空ポンプ３４によって密封容器３０内を真空にして、ヘリウムガス供給装置３６から低圧のヘリウムガスを供給して密封容器３０内をヘリウムガス雰囲気とする。この状態で、ハンダ装置３１により上部ベント孔７と下部ベント孔８をハンダで塞ぐ。
【００３６】
次に、ハンダシールの欠陥を検査するため、中性子吸収要素３５の上部ベント孔７と下部ベント孔８が鉛直下向きになるように、架台３２のローラ機構で中性子吸収要素３５を回転させる。この状態で、密封容器３０を取り外すことにより、中性子吸収要素３５の外側は空気雰囲気となる。
【００３７】
一方、中性子吸収要素３５の内側はハンダシールに欠陥があったとしても空気より軽いヘリウムガスは残留している。従って、再度、密封容器３０を中性子吸収要素３５で覆い、真空ポンプ３４で密封容器３０の内部を真空に引けば、ハンダシールに欠陥があれば中性子吸収要素３５内部のヘリウムガスがヘリウムガス検出器３３を通るため、ハンダシールに欠陥があるか否かを確認することができる。
【００３８】
本実施形態によれば、ヘリウムガス検出器３３によって中性子要素内３５内部のヘリウムガスを検知できるか否かを判定することにより、ハンダシール部の欠陥の有無を検出することができる。
【００３９】
図４は本発明の第３実施形態（請求項４ないし請求項６対応）の鋼製チューブ３７をＢ４Ｃペレット２に装着した中性子吸収要素内部の鳥瞰図である。
鋼製チューブ３７はクロムやニッケルの鋼製素線を使用し、無端状に織られることにより図４に示すようなつなぎ目のないチューブの状態に形成されている。鋼製チューブ３７の内径はＢ４Ｃペレット２の外径よりも小さいが、伸縮性に富んでいるため、Ｂ４Ｃペレット２を緊密に全長に亘って包み込んでいる。製造過程で生じるＢ４Ｃペレット表面の微細紛、あるいは照射によってＢ４Ｃが割れた時に発生する微小破片は、この鋼製チューブ３７がないと、被覆管１とＢ４Ｃペレット２との間のナトリウムの対流によって、軸方向上方に巻き上げられ、中性子吸収要素の外に放出される可能性があるが、繊維状の鋼製チューブ３７を設けることにより、微細破片はＢ４Ｃペレット２と鋼製チューブ３７との間に捕捉されるため、これらの微細破片が中性子吸収要素外に放出される可能性は極めて小さくなる。
【００４０】
また、Ｂ４Ｃペレット２と被覆管１との間に薄肉のパイプ３８を設けたもの（特許１９０４７０３号参照）が知られている。この場合の微細粉３９の挙動を図５を参照して説明する。
【００４１】
薄肉パイプ３８とＢ４Ｃペレット２との間は挿入性の観点から間隙を有しており、Ｂ４Ｃペレット２は炉心に挿入される下部の方が発熱するため、その周囲のナトリウムが熱せられてＢ４Ｃペレット２と薄肉パイプ３８との隙間にナトリウムの上昇流が発生し、この力によって微細粉３９がペレット室３に上昇する。微細粉３９はＮａ流入管１０を経て下部ベント孔８から中性子吸収要素外に放出される。このように、従来技術では微細粉を捕捉することはできない。
【００４２】
また、本実施形態では鋼製チューブ３７の素線表面を鍍金あるいは蒸着等により金で覆っているが鋼製チューブ３７はＢ４Ｃ微細粉を捕捉するため、繊維状の網状構造となっており、ナトリウムが流入した後も、表面張力によって繊維相互の間に入り込んだヘリウムガスが、ナトリウムと置換されず、網状繊維の中にガスを含んでガス層を形成する可能性がある。このため、ナトリウムとの濡性に優れ、また熱伝導率の高い金で鋼製チューブ３７の素線を覆うことにより、ガス層とナトリウムとの置換を促進させて伝熱特性を向上させることができる。
【００４３】
図６は本発明の第４実施形態（請求項７及び請求項８対応）の中性子吸収要素の構成図である。
図に示すように、本実施形態は中間端栓４ａにＮａ流入孔９が貫通し、ペレット押さえ治具１１ａの頂部と中間端栓４ａの下端との距離を５ｍｍ以下とし、中間端栓の上面４ｂは中心から径方向に向かって下部ベント孔８に至る傾斜を有する構成を特徴とするもので、その他の構成は図８の従来例と同一であるので、同一部分には同一符号を付して説明する。
【００４４】
図に示すように、本実施形態では、Ｎａ流入管を削除することにより、中間端栓４ａ下面とペレット押さえ治具１１ａ頂部とを限りなく近接させることにより、ペレット室３内部のナトリウム残留量を減少させることが可能となるため、保管容器内の水のアルカリ濃度を低減でき、アルカリ腐食を抑制できる。
【００４５】
従来の技術では中性子吸収要素を炉内から取り出した時に、多量のナトリウムがペレット室に残留するので、水を入れた保管容器に中性子吸収要素を入れて保管する際に、ナトリウムが水と反応して水酸化ナトリウムとなり、水が強度のアルカリ性になり、中性子吸収要素のアルカリ腐食だけでなく、保管容器がアルカリ腐食する場合があった。
【００４６】
また、従来は中間端栓上面４ｂが平坦であったため、溶けたハンダシールが中間端栓上面４ｂ上に滞留し、Ｎａと一緒にＮａ流入管からペレット室３、さらに被覆管１とＢ４Ｃペレット２との隙間に入り込む可能性があったが、本実施形態では中間端栓上面４ｂに傾斜を設けたことにより、溶けたハンダシールが自重で中間端栓上面４ｂを滑って下部ベント孔７に導かれ、中性子吸収容素の外に積極的に排出できるため、ペレット室３に侵入する可能性を小さくすることができる。
【００４７】
図７は本発明の第５実施形態（請求項９及び請求項１０対応）の中性子吸収要素の構成図である。
図に示すように、本実施形態では、中間端栓４ａを貫くＮａ流入管１０ａが中間端栓上面４ｂよりも上にあり、中間端栓下面４ｃまで挿入される構成を特徴とするもので、その他の構成は図６の第４実施形態と同一であるので、同一部分には同一符号を付して説明する。
【００４８】
図に示すように、本実施形態では、Ｎａ流入管１０ａの先端が中間端栓上面４ｂより上方にあるため、ナトリウムより比重の重いハンダシールがＮａ流入管１０の上部からペレット室３に入ってくることは、ほぼ完全に防止できる。
【００４９】
また、中間端栓下面４ｃをすり鉢状構成としているので、Ｂ４Ｃペレット２で生成されたヘリウムガスが中間端栓下端４ｃからベント管６に導かれて中性子吸収要素の外に排出されやすくなる。中間端栓下面４ｃの形状としては、すり鉢状の他、ラッパのベルマウス形状でも同等な効果が得られる。
【００５０】
なお、従来技術では、中性子吸収要素の据付上の傾き、あるいは中間端栓４ａと被覆管１との溶接時の変形等により、ペレット室３の上部、すなわち中間端栓４ａの下部にペレット２で生成したヘリウムガスが滞留する可能性があったが、本実施形態では上記のように中間端栓下面４ｃをすり鉢状とすることで、ヘリウムガスは外に排出されやすくなっている。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、中性子吸収要素の内部へのナトリウム流入性が向上すると共に、Ｂ４Ｃで発生するヘリウガスとハンダシールを容易に中性子吸収要素外に排出できるので、中性子吸収要素内に残留するナトリウムの量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である中性子吸収要素上部の拡大図。
【図２】送信波と受信波の概念図。
【図３】本発明の第２実施形態の検査装置のブロック構成図。
【図４】本発明の第３実施形態の中性子要素内部の鳥瞰図。
【図５】従来の中性子吸収要素内のＢ４Ｃ粉の挙動を説明するための図。
【図６】本発明の第４実施形態の構成図。
【図７】本発明の第５実施形態の構成図。
【図８】従来の中性子吸収要素の断面図。
【符号の説明】
１…被覆管、２…Ｂ４Ｃペレット、３…ペレット室、４…中間端栓、４ａ…中間端栓、４ｂ…中間端栓上面、４ｃ…中間端栓下面、５…上部室、６…ベント管、７…上部ベント孔、８…下部ベント孔、９…Ｎａ流入孔、１０…Ｎａ流入管、１１…ペレット押さえ治具、１１ａ…ペレット押さえ治具、１２…ペレット押さえばね、２０…ハンダシール、２１…ヘリウムガス、２２…超音波センサ、２３…波形観察装置、２４…超音波、２５…送信波、２６…中性子吸収要素内がヘリウムガスの場合の受信波、２７…中性子吸収要素内が空気の場合の受信波、３０…密封容器、３１…ハンダ装置、３２…架台、３３…ヘリウム検出器、３４…真空ポンプ、３５…中性子吸収要素、３６…ヘリウムガス供給装置、３７…鋼製チューブ、３８…薄肉パイプ、３９…Ｂ４Ｃ粉。
【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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【図８】
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