(57)【要約】【課題】本発明は、冷却材中から制御棒を引抜く際に被覆管内の冷却材を円滑に排出することは勿論のこと、中性子吸収用ペレットの割れた小片によりシュラウド管を局部的に変形させることのない高速炉用制御棒を提供することにある。【解決手段】本発明は、被覆管７内に中性子吸収用ペレット５を収納するシュラウド管６を隙間を介して保持した制御要素３を構成し、この制御要素３を収納管２内に複数収納した高速炉用制御棒１において、前記中性子吸収用ペレット５を前記シュラウド管６の内周面形状に合わせて密接させると共に、前記シュラウド管６と前記被覆管７との間に、これら両管の隙間よりも広く前記シュラウド管６の一端から他端に亘る冷却材流路１６，２０〜２２を周方向複数箇所に形成したのである。【選択図】図１
2005331379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中性子吸収用ペレットを積層して収納する上下方向に長いシュラウド管と、このシュラウド管を収納し隙間を介して保持する上下方向に長い被覆管とで制御要素を構成し、この制御要素を収納管内に複数収納した状態で高速炉内の冷却材中に上下方向に抜き差してなる高速炉用制御棒において、前記中性子吸収用ペレットを前記シュラウド管の内周面に密接させると共に、前記シュラウド管と前記被覆管との間に、これら両管の隙間よりも広く前記シュラウド管の一端から他端に亘る冷却材流路を周方向複数箇所に形成したことを特徴とする高速炉用制御棒。
【請求項２】
前記冷却材流路は、周方向に等間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の高速炉用制御棒。
【請求項３】
前記冷却材流路は、前記シュラウド管及び／又は前記被覆管に設けた凹溝によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高速炉用制御棒。
【請求項４】
前記冷却材流路は、前記シュラウド管及び／又は前記被覆管に設けた凸部によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高速炉用制御棒。
【請求項５】
前記冷却材流路は、前記シュラウド管の外周を内側に突出させることで設けられた凹溝によって形成されており、中性子吸収用ペレットは、前記シュラウド管の内側に突出された部位を含む前記内周面に密接されていることを特徴とする請求項１記載の高速炉用制御棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速炉用制御棒に係り、特に、内部に液体金属等の冷却材を導入して使用する高速炉用制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に液体金属等の冷却材を導入して使用する高速炉用制御棒は周知である。この種高速炉用制御棒においては、運転初期において中性子吸収用ペレットの割れが発生することは避けられず、その割れた中性子吸収用ペレットの小片により制御棒の寿命を低下させる問題がある。
【０００３】
この問題を解消するために、被覆管内の中性子吸収用ペレットをシュラウド管で覆い、このシュラウド管と被覆管との間に冷却材を流通させている。
【０００４】
しかしながら、このように形成された燃料棒も、寿命末期においては中性子吸収用ペレットの体積膨脹によりシュラウド管を拡径させて被覆管との隙間を塞ぐことがある。その結果、冷却材中から制御棒を引抜く際、被覆管内の冷却材が円滑に排出できずに内部に残存し、引抜き後の洗浄作業をいたずらに先送りさせていた。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載のように、シュラウド管成型時に一部を内側に突出させることで外周に凹溝を形成し、この凹溝をシュラウド管が被覆管に接触したときの冷却材排出に利用することが考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５９７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の構成は、シュラウド管の外周に凹溝を形成するために、シュラウド管の一部を内径側に突出変形させ、内部の中性子吸収用ペレットは内径側に突出した先端に接するように収納されている。
【０００８】
上記構成のために、中性子吸収用ペレットとシュラウド管との間に隙間が生じ、この隙間に運転初期時に中性子吸収用ペレットの割れた小片が詰まり、この小片が中性子吸収用ペレットの膨脹と共にシュラウド管を局部的に押圧して変形させる問題を生じさせ、制御棒の寿命を縮める問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、冷却材中から制御棒を引抜く際に被覆管内の冷却材を円滑に排出することは勿論のこと、中性子吸収用ペレットの割れた小片によりシュラウド管を局部的に変形させることのない高速炉用燃料棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために、被覆管内に中性子吸収用ペレットを収納するシュラウド管を隙間を介して保持した制御要素を構成し、この制御要素を収納管内に複数収納した高速炉用制御棒において、前記中性子吸収用ペレットを前記シュラウド管の内周面形状に合わせて密接させると共に、前記シュラウド管と前記被覆管との間に、これら両管の隙間よりも広く前記シュラウド管の一端から他端に亘る冷却材流路を周方向複数箇所に形成したのである。
【００１１】
このように、シュラウド管と被覆管との間に、これら両管の隙間よりも広くシュラウド管の一端から他端に亘る冷却材流路を周方向複数箇所に形成したことで、仮にシュラウド管と被覆管とが隙間なく接触したとしても、高速炉内の冷却材中から制御棒を引抜く際、被覆管内にある冷却材は冷却材流路を通って円滑に排出することができるので、シュラウド管の洗浄作業を直ちに行うことができる。また、中性子吸収用ペレットをシュラウド管の内周面形状に合わせて密接させているので、運転初期時に中性子吸収用ペレットに割れが発生したとしても、割れた小片はそこに留まることができる。その結果、中性子吸収用ペレットの膨脹はほほ均一となり、シュラウド管を局部的に押圧して変形させることがなくなるので、制御棒の寿命をほぼ設計通りとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、冷却材中から制御棒を引抜いた際に被覆管内の冷却材を円滑に排出することができると共に、中性子吸収用ペレットの割れた小片によりシュラウド管を局部的に変形させて寿命を縮めることのない高速炉用燃料棒を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明による高速炉用制御棒の第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１４】
制御棒１は、上下方向に長く形成された収納管２と、内部に収納された複数の制御要素３とから構成されている。収納管２は内部に液体金属である冷却材が注入され、また排出される冷却材給排孔４が設けられている。
【００１５】
一方、制御要素３は、例えば炭化硼素を焼結成形し上下方向に複数積層した中性子吸収用ペレット５と、これらを収納するシュラウド管６と、このシュラウド管６を収納被覆する例えばステンレス鋼製の被覆管７とを備えている。シュラウド管６は、前記中性子吸収用ペレット５の外周面が密接するように、前記中性子吸収用ペレット５の外周面に接近する内周面を有している。
【００１６】
被覆管７は、前記シュラウド管６と同心円状の内周面を有し、前記シュラウド管６との間に隙間Gを介在させている。この隙間Gは、中性子吸収用ペレット５の膨脹速度との関係で決められるもので、制御棒１の寿命末期において、シュラウド管６が被覆管７に接触あるいは接触しても被覆管７に押圧力を付与しないように決める必要がある。さらに、前記被覆管７は、上下端部を夫々上部端栓８Ａ及び下部端栓８Bで塞がれており、さらに、上部端栓８Ａには中性子吸収用ペレット５から発生したヘリウムガスを被覆管７外に放出するヘリウムベント穴９が設けられ、下部端栓８Bには冷却材を被覆管７内外に給排する冷却材連通穴１０が設けられている。そして、前記ヘリウムベント穴９の内端側と冷却材連通穴１０の内端側には、夫々浸透栓１１，１２で覆われている。
【００１７】
被覆管７内に収納されたシュラウド管６は、その下端を下部ペレット押さえ具１３を介して前記下部端栓８Bに支持され、その上端は上部ペレット押さえ具１４を設けて前記上部端栓８Ａとの間に装荷した押圧手段であるコイルばね１５によって支持されている。
【００１８】
尚、前記シュラウド管６の外周面には、全長に亘って冷却材流路１６が周方向複数箇所に設けられている。この冷却材流路１６は、シュラウド管６が比較的厚肉の場合には、凹溝を切削して形成してもよく、薄肉の場合には、例えばシュラウド管６の外周に凸状体を全長に亘って溶接等の周知の固定手段で取付けて形成してもよい。
【００１９】
上記構成の制御要素３を装荷した制御棒１を高速炉の冷却材中に浸漬させることで、冷却材は冷却材給排孔４を通って収納管２内に侵入する。収納管２内に侵入した冷却材の一部は、被覆管７との隙間に入って上昇し、また、収納管２内に侵入した冷却材の他部は、冷却材連通穴１０から浸透栓１２を通って被覆管７内に入り、ここから下部ペレット押さえ具１３間を通ってシュラウド管６と被覆管７との間に入って上昇する。さらに上昇し、浸透栓１１からヘリウムベント穴9を通り、被覆管7内は全て冷却材が充填される。
【００２０】
上記のように冷却材中に浸漬された制御棒１は、運転中には中性子吸収用ペレット５がヘリウムガスを発生し、被覆管７の上部には、冷却材プレナム１７とガスプレナム１８との界面ができる。このガスプレナム１８の位置は、原子炉系が安定している場合には、浸透栓１１のメッシュ径や冷却材の表面張力と密度で決まり、発生したヘリウムガスをヘリウムベント穴９から放出することによって、ほぼ一定の位置となる。
【００２１】
次に、制御棒１を冷却材中から引抜くときの冷却材の排出状況を説明する。通常、寿命に達した制御棒１は、冷却材中から引抜かれるが、このとき制御要素３内の冷却材は速やかに排出されるほうが、その後の洗浄や解体が直ちに行える。
【００２２】
原子炉装荷中、被覆管７内に充満していた冷却材は、制御棒１の冷却材中からの引抜きにより、シュラウド管６と被覆管７との隙間や浸透栓１２を通って冷却材連通穴１０から被覆管７外に排出される。
【００２３】
ここで、寿命に達した制御棒１は、中性子吸収用ペレット５の膨脹によりシュラウド管６の外周面が被覆管７の内周面に接触する可能性があるが、仮に、シュラウド管６の外周面が被覆管７の内周面に接触したとしても、シュラウド管６の外周面には冷却材流路１６がシュラウド管６の全長に亘って周方向複数箇所に設けられているので、シュラウド管６の上部の冷却材プレナム１７にある冷却材を、前記冷却材流路１６を通して冷却材連通穴１０から被覆管７外に排出することができる。
【００２４】
したがって、シュラウド管６の外周面が被覆管７の内周面に接触するまで制御棒１を使用することができ、制御棒１の使用期間を延長することができる。
【００２５】
さらに、初期時に中性子吸収用ペレット５がシュラウド管６の内周面に密接しているので、中性子吸収用ペレット５に割れが発生しても割れた小片がシュラウド管６内を移動することはなく、その結果、中性子吸収用ペレット５の割れた小片の移動によるシュラウド管６の局部変形を防止できるので、これによっても制御棒１の使用期間を延長することができる。
【００２６】
次に、本発明による高速炉用制御棒の第２の実施の形態を図５〜図６に基づいて説明する。尚、第１の実施の形態と異なるのはシュラウド管６と被覆管７の形状であり、それ以外の構成は同じであるので、再度の詳細な説明は省略する。
【００２７】
本実施の形態においては、被覆管７の内周面に、シュラウド管６の全長に亘る冷却材流路２０を周方向複数箇所に設けたのである。この冷却材流路２０は、第１の実施の形態と同じように、被覆管７が比較的厚肉の場合には、凹溝を切削して形成してもよく、薄肉の場合には、例えば被覆管７の内周面に凸状体を全長に亘って溶接等の周知の固定手段で取付けて形成してもよい。
【００２８】
上記構成とすることで、仮に、図６に示すように、シュラウド管６の外周面が被覆管７の内周面に接触するまで使用したとしても、冷却材流路２０がシュラウド管６と被覆管７との間に形成されるので、制御棒１を冷却材中から引抜いたとしても被覆管７内の冷却材を速やかに排出することができる。また、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果を奏することができる。
【００２９】
図７及び図８は、本発明による高速炉用制御棒の第３の実施の形態を示すもので、制御棒としての基本構成は前記各実施の形態と同じであるので、再度の詳細な説明は省略する。
【００３０】
本実施の形態が、前記各実施の形態と異なるのは、シュラウド管６の外周面が被覆管７の内周面に接触したときに形成される冷却材流路の断面積を各実施の形態に対してほぼ２倍にした点である。
【００３１】
即ち、本実施の形態においては、前記各実施の形態と同様な手法によって、シュラウド管６の外周面と被覆管７の内周面とに同数の冷却材流路２１，２２を形成し、かつこれら冷却材流路２１，２２を対向させることで、シュラウド管６の外周面が被覆管７の内周面に接触したとき、断面がほぼ２倍となる冷却材流路を形成したのである。
【００３２】
このように構成することで、冷却材の排出は流路断面積が増加した分、より迅速に行うことができる。また、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果を奏することができる。
【００３３】
尚、冷却材流路２１，２２を互いに対向させず、シュラウド管６と被覆管７を互いに周方向逆向きにずらすことで、一方の冷却材流路を他方の周面に対向させることも可能である。
【００３４】
このように冷却材流路２１，２２を逆方向にずらすことで、各実施の形態に比べてほぼ２倍となる冷却材流路が全周に形成できるので、被覆管７内の各部からの冷却材を円滑に排出することができる。
【００３５】
ところで、前記各実施の形態においては、冷却材流路を、切削や他部材を取付けることで形成したものであるが、例えば、シュラウド管６が薄板で形成される場合には、シュラウド管の外周を内側に突出させることで外周面に凹溝を設け、この凹溝を冷却材流路とすることもできる。この場合、収納される中性子吸収用ペレットは、シュラウド管の内側に突出された部位を含む内周面に密接されるように形成することで、中性子吸収用ペレットの割れた小片の移動によるシュラウド管６の局部変形を防止でき、制御棒の使用期間を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による高速炉用制御棒の第１の実施の形態を示す制御要素の一部縦断面図。
【図２】図１の制御要素の使用初期を示す横断拡大図。
【図３】図１の制御要素の使用末期を示す横断拡大図。
【図４】高速炉用制御棒の全体を示す一部縦断面図。
【図５】本発明による高速炉用制御棒の第２の実施の形態を示す制御要素の図２相当図。
【図６】本発明による高速炉用制御棒の第２の実施の形態を示す制御要素の図３相当図。
【図７】本発明による高速炉用制御棒の第３の実施の形態を示す制御要素の図２相当図。
【図８】本発明による高速炉用制御棒の第３の実施の形態を示す制御要素の図３相当図。
【符号の説明】
【００３７】
１…制御棒、３…制御要素、５…中性子吸収用ペレット、６…シュラウド管、７…被覆管、９…ヘリウムベント穴、１０…冷却材連通穴、１６，２０，２１，２２…冷却材流路。
【図１】
2005331379.tif 000003
【図２】
2005331379.tif 000004
【図３】
2005331379.tif 000005
【図４】
2005331379.tif 000006
【図５】
2005331379.tif 000007
【図６】
2005331379.tif 000008
【図７】
2005331379.tif 000009
【図８】
2005331379.tif 000010