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公開番号2025012343
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115107
出願日2023-07-13
発明の名称原子炉用制御棒
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G21C 7/113 20060101AFI20250117BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】ハフニウム板10を3Dプリンターにより積層造形することで、溶接による残留応力や照射による変形を抑制し、原子炉用制御棒1の信頼性及び安全性を向上させるとともに長寿命化を図る。
【解決手段】原子炉用制御棒1の中性子吸収材であるハフニウムを3Dプリンターにより積層造形する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
原子炉用制御棒の中性子吸収材であるハフニウムを３Ｄプリンターにより積層造形したことを特徴とする原子炉用制御棒。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記ハフニウムはハフニウム板であり、
原子炉用制御棒のシース内の対向するハフニウム板は、当該対向するハフニウム板の間の間隔を保持する凸部状のハフニウム製のコマを有し、
前記ハフニウム板とハフニウム製のコマは３Ｄプリンターにより一体的に積層造形したことを特徴とする請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項３】
前記シース内の長手方向に複数のハフニウム板を積層するとともに、当該ハフニウム板の上端部に、隣接するハフニウム板の下端部に当接する当接部を設けたことを特徴とする請求項２記載の原子炉用制御棒。
【請求項４】
前記複数のハフニウム板の板厚を変化させたことを特徴とする請求項３記載の原子炉用制御棒。
【請求項５】
前記ハフニウム板を分割せずに前記シース内に長手方向にわたって収容するとともに、当該ハフニウム板の板厚を長手方向にわたって連続的に変化させたことを特徴とする請求項２記載の原子炉用制御棒。
【請求項６】
前記ハフニウムはハフニウムチューブであり、
前記ハフニウムチューブを前記シース内に長手方向にわたって収容するとともに、当該ハフニウムチューブの板厚を長手方向にわたって連続的に変化させたことを特徴とする請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項７】
前記ハフニウムはハフニウム棒であることを特徴とする請求項１記載の原子炉用制御棒。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、沸騰水型原子炉等に適用される原子炉用制御棒に係り、特にハフニウムを用いた原子炉用制御棒に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉等に適用される原子炉用制御棒１は、図８～図１０に示すように、上部構造材４と下部構造材５とを結合するタイロッド６と、このタイロッド６から放射状に突出し、その外郭部が深いＵ字形断面のシース７によって構成されたウイング２と、シース７の内部に設けられ、タイロッド６の軸心と平行に配列された複数ハフニウム板１０からなる中性子吸収材とから構成されている。
【０００３】
従来、このような原子炉用制御棒１において、長寿命型制御棒としてフラックストラップ型ハフニウム制御棒が知られている。この原子炉用制御棒１は、図１０に示すように、ハフニウム又はハフニウム合金からなる一対の板状体（以下、ハフニウム板１０という）を対向させ、ステンレス製のシース７内に収容されている。
【０００４】
この原子炉用制御棒１は、中性子吸収材であるハフニウム板１０をウイング２の軸方向（長手方向）に分割して配置し、各分割区分のハフニウム板１０の板厚を各区分における中性子吸収量に応じて定めたもので、これにより原子炉用制御棒１の全体にわたり中性子吸収材の核的寿命を均一化している。
【０００５】
具体的には、各ウイング２は図１０に示すように、ウイング２の外殻を形成するシース７の内面に複数のコマ１２を用いてハフニウム板１０を対向状態で溶接固定した構成とされている。また、シース７は図９に示すように、タイロッド６にスポット溶接等による溶接部９によって保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平９－１１３６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のフラックストラップ型の原子炉用制御棒１では対向したハフニウム板１０をシース７で挟み込みコマ１２により間隔を保持するが、コマ１２の上端部とシース７の薄肉部はハフニウム板１０側に倒れ込みシ－ス７に引張の残留応力が生じる。このような状態で使用すると引張の残留応力と高温水に水環境によって、シース７に応力腐食割れが生じる原因となる。
【０００８】
また、各コマ１２とシース７とを溶接により固定すると、溶接変形によりシース７が若干ハフニウム板１０側に凹状に収縮し、このハフニウム板１０とシース７の間の間隙を消滅させるのみならず、シース７がハフニウム板１０に接触してハフニウム板１０を強く拘束する可能性があった。
【０００９】
このような状態に陥った場合には、シース７とハフニウム板１０の間隙に形成されるべき腐食生成物の吸収代が消滅するばかりでなく、シース７とハフニウム板１０の間の熱膨張や照射成長の相違による相対変位をも許さない構造となることから、薄板状のシース７に過大な応力が発生する可能性が生じる。
【００１０】
また、従来の原子炉用制御棒１ではハフニウム板１０をシース７に複数のコマ１２を介して溶接により保持する構造となっており、この溶接部によりスクラム時の荷重をはじめとする運転中の各種の比較的大きな荷重が受け持たれている。このようにコマ１２を溶接で固定すると溶接部近傍には引張の残留応力が生じるため、溶接部近傍のシース７に応力腐食割れが生じる可能性があり、制御棒の寿命低下につながるとともに原子炉の安全性を脅かす可能性がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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