JP5166901B2 - Control rod and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、制御棒及びその製造方法に係り、特に、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒に適用するのに好適な制御棒及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a control rod and a manufacturing method thereof, and more particularly to a control rod suitable for application to a control rod used in a boiling water reactor and a manufacturing method thereof.
沸騰水型原子炉で用いられる従来の制御棒の構造及びこの制御棒が設置される環境について説明する。沸騰水型原子炉は、複数の燃料集合体が装荷された炉心を原子炉圧力容器内に有している。これらの燃料集合体内に存在する核燃料物質に含まれたウラン235が、中性子を吸収して核***を起こし、熱を発生する。炉心に供給された炉水(冷却水)は、その熱によって加熱されて沸騰し、一部が蒸気になる。炉心内では、上記の核***によって新たに発生する中性子が他のウラン235を***させる連鎖反応が起きている。 A structure of a conventional control rod used in a boiling water reactor and an environment in which the control rod is installed will be described. A boiling water reactor has a reactor core loaded with a plurality of fuel assemblies in a reactor pressure vessel. Uranium 235 contained in the nuclear fuel material present in these fuel assemblies absorbs neutrons, causes nuclear fission, and generates heat. Reactor water (cooling water) supplied to the core is heated and boiled by the heat, and a part thereof becomes steam. In the core, a chain reaction occurs in which neutrons newly generated by the above fission split other uranium 235.
核***の連鎖反応量を制御するため、中性子吸収部材を内部に収納する制御棒が利用される。このうち、沸騰水型原子炉で、通常、使用される制御棒は、横断面が十字形をしており、4体の燃料集合体のチャンネルボックスの相互間に形成される間隙(飽和水領域)内に挿入される。4体の燃料集合体にて構成される1つのセル当たり1体の制御棒が設けられる。ほぼ1つのセル毎にそれら4体の燃料集合体の下方に制御棒案内管が配置される。制御棒案内管は、原子炉圧力容器内に設置される。制御棒は、セル内の4体の燃料集合体の各チャンネルボックス、及び制御棒案内管をガイド部材として利用する。また、制御棒は、下端部が制御棒駆動機構に連結され、この制御棒駆動機構の駆動操作によって炉心に挿入され、炉心から引抜かれる。制御棒は、反応度制御及び出力分布の調整に用いられる重要機器である。 In order to control the amount of chain reaction of fission, a control rod that houses a neutron absorbing member is used. Of these, the control rods normally used in boiling water reactors have a cross-shaped cross section, and a gap formed between the channel boxes of the four fuel assemblies (saturated water region). ) Is inserted in. One control rod is provided for each cell constituted by four fuel assemblies. A control rod guide tube is disposed below the four fuel assemblies for each cell. The control rod guide tube is installed in the reactor pressure vessel. The control rod uses each channel box of the four fuel assemblies in the cell and the control rod guide tube as a guide member. The lower end of the control rod is connected to the control rod drive mechanism, and the control rod is inserted into the core by a driving operation of the control rod drive mechanism and pulled out from the core. The control rod is an important device used for reactivity control and output distribution adjustment.
沸騰水型原子炉に用いられる従来の制御棒の構造を簡単に説明する。この制御棒は、ハンドルがタイロッドの上端部に、落下速度リミッタがタイロッドの下端部にそれぞれ接合され、タイロッドの中心軸に位置するタイロッドから四方に伸びる4枚のブレードを有している。各ブレードは、タイロッドに取り付けられたU字状のシースを有し、このシース内に、中性子吸収材を収納した複数の中性子吸収棒を配置している(特開2002−257968号公報参照)。特開2002−257968号公報は、さらに、シースの長手方向においてシースの端面に複数の突出部を形成し、これらの突出部をタイロッドにレーザ溶接によって接合することを記載している。突出部を設けることによって、シースは長手方向においてタイロッドに断続的に溶接される。 The structure of a conventional control rod used in a boiling water reactor will be briefly described. This control rod has four blades extending in four directions from a tie rod located on the central axis of the tie rod, with a handle joined to the upper end of the tie rod and a drop speed limiter joined to the lower end of the tie rod. Each blade has a U-shaped sheath attached to a tie rod, and a plurality of neutron absorbing rods containing a neutron absorbing material are arranged in the sheath (see JP 2002-257968 A). Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-257968 further describes that a plurality of protrusions are formed on the end surface of the sheath in the longitudinal direction of the sheath, and these protrusions are joined to the tie rod by laser welding. By providing the protrusion, the sheath is intermittently welded to the tie rod in the longitudinal direction.
また、中性子吸収棒の替りに、タイロッドに接合されるU字状のシース内にハフニウム板を配置した制御棒も知られている(特開平2−10299号公報及び特開平8−105989号公報参照)。 A control rod in which a hafnium plate is arranged in a U-shaped sheath joined to a tie rod instead of a neutron absorber rod is also known (see Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-10299 and 8-105989). ).
シースの応力腐食割れ(SCC)を防ぐために、ハフニウムを含む希釈合金板内に複数の中性子吸収棒を挿入して構成された中性子吸収部材とシースの間に形成される間隙を所定幅に保持した制御棒が、特開平1−284796号公報に記載されている。その間隙の保持は、シースに形成された複数の窪み部の内面を中性子吸収部材の表面に接触させることによって行われる。ハフニウム板で構成された中性子吸収部材とシースの間の間隙を所定幅に保持する技術は、特開昭60−60585号公報及び特開平4−289490号公報にも記載されている。 In order to prevent stress corrosion cracking (SCC) of the sheath, a gap formed between a neutron absorbing member configured by inserting a plurality of neutron absorbing rods into a diluted alloy plate containing hafnium and the sheath is maintained at a predetermined width. A control rod is described in JP-A-1-284966. The gap is maintained by bringing the inner surfaces of the plurality of indentations formed in the sheath into contact with the surface of the neutron absorbing member. Techniques for maintaining the gap between the neutron absorbing member formed of a hafnium plate and the sheath at a predetermined width are also described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 60-60585 and 4-289490.
発明者らは、制御棒のシースの内面に隙間腐食が発生することを新たに見出した。特に、板状または扁平な筒状のハフニウム部材がシース内に配置され、シースの内面に対向するハフニウム部材の外面に広い平面が形成されている場合に、シースの内面に隙間腐食が発生しやすくなる。 The inventors have newly found that crevice corrosion occurs on the inner surface of the control rod sheath. In particular, when a plate-like or flat cylindrical hafnium member is arranged in the sheath and a wide flat surface is formed on the outer surface of the hafnium member facing the inner surface of the sheath, crevice corrosion tends to occur on the inner surface of the sheath. Become.
本発明の目的は、シース内面における隙間腐食の発生を抑制できる制御棒及びその製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the control rod which can suppress generation | occurrence | production of the crevice corrosion in a sheath inner surface, and its manufacturing method.
上記の目的を達成する本発明の特徴は、中性子吸収部材とシースの内面の間に形成された間隙に連通する開口部がシースに形成されており、制御棒が原子炉内に搬入されるときに、中性子吸収部材に面するシースの内面に酸化皮膜が形成されていることにある。 The feature of the present invention that achieves the above object is that an opening communicating with a gap formed between the neutron absorbing member and the inner surface of the sheath is formed in the sheath, and the control rod is carried into the nuclear reactor. In addition, an oxide film is formed on the inner surface of the sheath facing the neutron absorbing member.
シースの内面に予め酸化皮膜が形成されているので、原子炉の運転中に中性子吸収部材とシースの内面との間の間隙の幅が狭くなり、シースに形成された開口部から流入してその幅の狭い間隙内に存在する冷却材に含まれる酸化種の濃度が低下しても、その幅の狭い間隙内に存在する冷却材とその幅の狭い間隙に面するシースの内面との間における電荷の移動を抑制できる。したがって、その幅の狭い間隙に面するシースの内面への酸化皮膜の生成が抑制され、そして局所的に異なる厚みの酸化皮膜がシースの内面に形成されることに起因してシース内面に生じる隙間腐食を抑制することができる。これにより、制御棒をさらに長寿命化することができる。
Since the oxide film is formed in advance on the inner surface of the sheath, the width of the gap between the neutron absorbing member and the inner surface of the sheath becomes narrower during operation of the nuclear reactor, and flows from the opening formed in the sheath. Even if the concentration of the oxidizing species contained in the coolant existing in the narrow gap decreases, the coolant existing in the narrow gap and the inner surface of the sheath facing the narrow gap Charge transfer can be suppressed. Therefore, the formation of an oxide film on the inner surface of the sheath facing the narrow gap is suppressed, and the gap generated on the inner surface of the sheath due to locally formed oxide films having different thicknesses. Corrosion can be suppressed. Thereby, the life of the control rod can be further extended.
好ましくは、酸化皮膜は、シースの制御棒挿入端部側の一端とこの一端からシースの長手方向における全長の1/3の位置との間の範囲に形成されていることが望ましい。シースの隙間腐食は、主に、この範囲で発生しやすい。これは、BWRでは、制御棒が下方より炉心に挿入されることに起因している。したがって、酸化皮膜がその範囲でシース内面に形成されているので、実質的にシース内面での隙間腐食を抑制できる。酸化皮膜を形成する領域が狭くなったため、酸化皮膜の形成に要する時間を短縮することができる。 Preferably, the oxide film is formed in a range between one end on the control rod insertion end side of the sheath and a position of 1/3 of the entire length in the longitudinal direction of the sheath from this one end. Sheath crevice corrosion tends to occur mainly in this range. This is because in BWR, the control rod is inserted into the core from below. Therefore, since the oxide film is formed on the inner surface of the sheath within the range, crevice corrosion on the inner surface of the sheath can be substantially suppressed. Since the region for forming the oxide film is narrowed, the time required for forming the oxide film can be shortened.
酸化皮膜の形成は、100乃至500℃の温度の水蒸気をシースの内面に吹き付けて行うことが好ましい。吹き付けられた水蒸気がシース内面で液相となることにより凝集熱が与えられ、効率的にシースの所望箇所に酸化皮膜の形成に必要な熱と酸素とを与えることができる。 The oxide film is preferably formed by spraying water vapor at a temperature of 100 to 500 ° C. on the inner surface of the sheath. The sprayed water vapor is converted into a liquid phase on the inner surface of the sheath, so that heat of aggregation is given, and heat and oxygen necessary for forming an oxide film can be efficiently given to desired portions of the sheath.
シース内面に噴射する水蒸気の温度が100℃未満では、隙間腐食を抑制できる厚みの酸化皮膜をシース内面に形成することが困難である。その水蒸気の温度を500℃以下にすることによって、シースの母材が相変化を起こし、その母材が劣化する(σ脆化等)ことを防止できる。 If the temperature of the water vapor sprayed on the inner surface of the sheath is less than 100 ° C., it is difficult to form an oxide film having a thickness capable of suppressing crevice corrosion on the inner surface of the sheath. By setting the temperature of the water vapor to 500 ° C. or less, it is possible to prevent the base material of the sheath from causing a phase change and deterioration of the base material (σ embrittlement or the like).
酸化皮膜の形成は、100乃至500℃の温度の酸化性気体をシースの内面に吹き付けて行うことができる。酸化性気体をシースの内面に吹き付けることによって、水を貯留するタンクが不要となり、取扱いが容易な簡素な装置を用いてシースの内面に酸化皮膜の形成に必要な熱及び酸素を与えることができる。酸化性気体の温度を100乃至500℃にする理由は、100乃至500℃の水蒸気を用いる場合と同じである。 The oxide film can be formed by spraying an oxidizing gas having a temperature of 100 to 500 ° C. on the inner surface of the sheath. By blowing the oxidizing gas onto the inner surface of the sheath, a tank for storing water becomes unnecessary, and heat and oxygen necessary for forming an oxide film can be applied to the inner surface of the sheath using a simple device that is easy to handle. . The reason for setting the temperature of the oxidizing gas to 100 to 500 ° C. is the same as the case of using water vapor of 100 to 500 ° C.
酸化性気体を含む気体をシース内面に吹き付ける場合には、この吹き付ける気体に含まれる酸化性気体の濃度を20%以上にすることが好ましい。好ましくは、酸化性気体の濃度は20%以上50%以下にするとよい。20%の酸化性気体を含む気体としては、空気があり、空気をシース内面に吹き付けることが最も現実的である。 When a gas containing an oxidizing gas is sprayed on the inner surface of the sheath, the concentration of the oxidizing gas contained in the gas to be sprayed is preferably 20% or more. Preferably, the concentration of the oxidizing gas is 20% or more and 50% or less. The gas containing 20% oxidizing gas includes air, and it is most realistic to blow air onto the inner surface of the sheath.
好ましくは、酸化皮膜の厚みが0.05μm以上で10μm以下の範囲にあることが望ましい。酸化皮膜の厚みが0.05μm以上あれば、シース内面での隙間腐食が抑制される。しかしながら、酸化皮膜の厚みが10μmを超えた場合には、形成された酸化皮膜が割れやすくなる。酸化皮膜の割れを防止するためには、酸化皮膜の厚みを10μm以下にする必要がある。 Preferably, the thickness of the oxide film is in the range of 0.05 μm to 10 μm. If the thickness of the oxide film is 0.05 μm or more, crevice corrosion on the inner surface of the sheath is suppressed. However, when the thickness of the oxide film exceeds 10 μm, the formed oxide film is easily broken. In order to prevent the oxide film from cracking, the thickness of the oxide film needs to be 10 μm or less.
好ましくは、酸化皮膜の形成は電解酸化処理で行われることが望ましい。また、好ましくは、電解酸化処理を行う場合には、使用する水溶液のpHを0以上7以下にすることが望ましい。そのpHを7以下にすることによって、シース内面に酸化皮膜が形成されやすくなる。 Preferably, the oxide film is formed by electrolytic oxidation treatment. In addition, preferably, when the electrolytic oxidation treatment is performed, the pH of the aqueous solution to be used is set to 0 or more and 7 or less. By setting the pH to 7 or less, an oxide film is easily formed on the inner surface of the sheath.
好ましくは、上記の水溶液とシースの界面に付与する電位差を1V以上200V以下にすることが望ましい。電位差を1V以上にすることによって水溶液に含まれている水が電気分解して酸素が発生するので、シース内面への酸化皮膜の形成が行われる。200V以下であれば、商用電源を利用することができます。 Preferably, the potential difference applied to the interface between the aqueous solution and the sheath is 1 V or more and 200 V or less. By setting the potential difference to 1 V or more, water contained in the aqueous solution is electrolyzed to generate oxygen, so that an oxide film is formed on the inner surface of the sheath. If it is 200V or less, commercial power can be used.
本発明によれば、シース内面における隙間腐食の発生を抑制できるので、制御棒をさらに長寿命化することができる。 According to the present invention, since the occurrence of crevice corrosion on the inner surface of the sheath can be suppressed, the life of the control rod can be further extended.
発明者らは、制御棒のシースの内面に隙間腐食が発生することを新たに見出した。発明者らが行ったこの隙間腐食に関する検討の内容を、以下に説明する。 The inventors have newly found that crevice corrosion occurs on the inner surface of the control rod sheath. The contents of the investigation on the crevice corrosion conducted by the inventors will be described below.
沸騰水型原子炉に用いられる従来の制御棒は、中性子吸収部材、例えば、ハフニウム部材をU字状に曲げられたシース内に配置している。ハフニウム部材とシースの間には、0.1mmから0.2mmの間隙が形成されている。制御棒が原子炉の炉心内に配置された状態では、炉水(冷却水)がその間隙内を流れている。この炉水の存在により、原子炉の運転中においては、燃料集合体内だけでなく、制御棒のその間隙内でも沸騰が生じる。原子炉の運転中に、その間隙の、ハフニウム部材の外面と直交する方向における幅が変化する。間隙の幅が狭くなった部分では、炉水の流動が妨げられる可能性がある。 A conventional control rod used in a boiling water reactor has a neutron absorbing member, for example, a hafnium member disposed in a U-shaped sheath. A gap of 0.1 mm to 0.2 mm is formed between the hafnium member and the sheath. In the state where the control rod is disposed in the core of the nuclear reactor, the reactor water (cooling water) flows through the gap. Due to the presence of this reactor water, boiling occurs not only in the fuel assembly but also in the gap of the control rod during the operation of the reactor. During operation of the nuclear reactor, the width of the gap in the direction perpendicular to the outer surface of the hafnium member changes. In the part where the width of the gap is narrow, the flow of the reactor water may be hindered.
炉心内及び炉心の近傍では、炉水の放射線分解により、例えば酸素及び過酸化水素などの酸化剤が常に生成されている。このため、炉水は、酸素及び過酸化水素などの酸化剤を含んでいる。上記した炉水の放射線分解は、制御棒の上記の間隙内に存在する炉水中でも生じる。その間隙内に存在する炉水に含まれている酸化剤は、シース表面から電子を奪って最終的には水に還元される。このとき、対反応としてシースの金属材料がイオン化して炉水中に溶出し、溶出したイオンが最終的にはFe3O4、或いはFe2O3の形態となり、シースの内面に酸化皮膜を形成する。このような酸化皮膜の形成は従来から知られている。 In the core and in the vicinity of the core, oxidizers such as oxygen and hydrogen peroxide are always generated by radiolysis of the reactor water. For this reason, the reactor water contains an oxidizing agent such as oxygen and hydrogen peroxide. The above-mentioned radiolysis of the reactor water also occurs in the reactor water existing in the gaps of the control rod. The oxidant contained in the reactor water existing in the gap takes electrons from the sheath surface and is finally reduced to water. At this time, the metal material of the sheath is ionized and eluted into the reactor water as a counter-reaction, and the eluted ions finally form Fe 3 O 4 or Fe 2 O 3 to form an oxide film on the inner surface of the sheath To do. The formation of such an oxide film is conventionally known.
酸化種は炉水の放射線分解によって生成するため、その間隙のうち、シースの変形によって上記間隙の幅が減少して炉水の容積が少ない隙間となった部位(以下、隙間部という)では酸素が少なくなる。したがって、シース内面の、制御棒内の隙間部に面する部分では原子炉の運転中において酸化皮膜の成長が妨げられる。一方、シース内面の、隙間部以外の幅が広い間隙(以下、間隙部という)に面する部分では、原子炉の運転中において酸化皮膜が成長して厚くなる。なお、制御棒内においてハフニウム部材とシース内面との間に形成される間隙は、間隙部及び隙間部を含んでいる。 Since the oxidized species are generated by radiolysis of the reactor water, oxygen is generated at the portion of the gap where the width of the gap is reduced due to the deformation of the sheath and the volume of the reactor water is small (hereinafter referred to as the gap portion). Less. Therefore, the growth of the oxide film is prevented during the operation of the nuclear reactor at the portion of the inner surface of the sheath that faces the gap in the control rod. On the other hand, in the portion of the sheath inner surface facing a wide gap (hereinafter referred to as a gap) other than the gap, an oxide film grows and becomes thick during the operation of the nuclear reactor. The gap formed between the hafnium member and the sheath inner surface in the control rod includes a gap and a gap.
前述した酸化剤がシースの表面部分から電子を奪う還元反応は、隙間部で起こりにくく、隙間部以外の間隙で活発に起こる。これにより酸素濃淡電池が形成され、隙間部に面するシース内面の部分にアノードが形成され、間隙部に面するシース内面の部分にカソードが形成される。この結果、発明者らは、アノードとなったシース内面の部分からシース材料の溶出が生じ、シースの隙間腐食の発生につながると想定した。 The above-described reduction reaction in which the oxidant takes electrons from the surface portion of the sheath hardly occurs in the gap portion, and actively occurs in gaps other than the gap portion. As a result, an oxygen concentration cell is formed, an anode is formed on the portion of the sheath inner surface facing the gap, and a cathode is formed on the portion of the sheath inner surface facing the gap. As a result, the inventors assumed that the sheath material was eluted from the inner surface of the sheath that became the anode, leading to crevice corrosion of the sheath.
原子炉の起動直後では、シース全域で酸化皮膜が形成されていなく全面腐食の形態をとるが、原子炉の定格運転中には、前述した炉水の放射線分解によって生成される酸素及び過酸化水素などの酸化種が存在する炉水に接するシース表面(内外面)に酸化皮膜が形成される。原子炉の定格運転が継続されると、シース表面に形成される酸化皮膜が生長して、その厚みが厚くなる。しかしながら、原子炉の運転開始後におけるシースの変形によって、中性子吸収部材とシース内面との間に形成された間隙で、炉水の流動が著しく滞る隙間部が発生した場合には、その間隙に面するシース内面に形成される酸化皮膜の厚さが場所によって差異を生ずる。このために、酸化皮膜が薄いシース内面の部分(隙間部に面する部分)で、シース材がより多く溶出する隙間腐食を生じる可能性がある。 Immediately after the reactor is started up, no oxide film is formed on the entire sheath and it takes the form of general corrosion. During the rated operation of the reactor, oxygen and hydrogen peroxide generated by the above-mentioned radiolysis of reactor water An oxide film is formed on the sheath surface (inner and outer surfaces) in contact with the reactor water in which oxidizing species such as the above exist. When the rated operation of the nuclear reactor is continued, the oxide film formed on the sheath surface grows and its thickness increases. However, if a gap is formed between the neutron absorbing member and the inner surface of the neutron absorbing member due to deformation of the sheath after the start of operation of the reactor, a gap where the flow of reactor water is significantly stagnated occurs. The thickness of the oxide film formed on the inner surface of the sheath varies depending on the location. For this reason, there is a possibility that crevice corrosion in which the sheath material elutes more at the portion (the portion facing the gap portion) of the sheath inner surface where the oxide film is thin occurs.
以上に述べた理論を確認するために、発明者らは隙間腐食の実験を行った。発明者らが行ったこの実験の内容及び結果を、以下に説明する。 In order to confirm the theory described above, the inventors conducted experiments on crevice corrosion. The contents and results of this experiment conducted by the inventors will be described below.
水溶液中における腐食反応は、金属と水溶液中に含まれる成分との電荷の授受によって生じる。したがって、電荷の授受の量を評価することによって、腐食速度の高低を判断できる。 The corrosion reaction in the aqueous solution is caused by transfer of charges between the metal and the components contained in the aqueous solution. Therefore, the level of corrosion rate can be determined by evaluating the amount of charge exchanged.
そこで、発明者らは、沸騰水型原子炉(BWR)内の炉水及び温度を模擬した純水中で、金属表面における水との電荷授受のしやすさが、酸化皮膜の有無によってどのような影響を受けるかを検討した。 Therefore, the inventors determined how easily the charge transfer between the metal surface and water in the pure water simulating the reactor water and temperature in the boiling water reactor (BWR) depends on the presence or absence of the oxide film. It was examined whether it was affected.
具体的には、BWRの炉内温度に加熱された、酸化剤を含まない純水(酸素濃度が0ppb)及び酸素濃度300ppbを含む純水内に、SUS304ステンレス鋼の試験片をそれぞれ浸漬した。この試験片としては、研磨したままの試験片及び予備酸化処理を施して酸化皮膜を形成した試験片の2種類を用いた。酸化剤を含まない純水に浸漬させた2種類の各試験片のアノード分極曲線、及び酸素濃度300ppbを含む純水に浸漬させた2種類の各試験片のカソード分極曲線をそれぞれ測定し、得られたこれらの分極曲線を比較した。これらの分極曲線により、試験片が所望の電位に置かれた状態での電流密度が算定できる。算定された電流密度によって、試験片表面への酸化皮膜の形成が、試験片表面における電荷の授受に与える影響(電荷の授受の阻害)を知ることができる。 Specifically, SUS304 stainless steel specimens were immersed in pure water containing oxygen that was heated to the BWR furnace temperature (oxygen concentration was 0 ppb) and oxygen concentration was 300 ppb. As this test piece, two types were used: a test piece that had been polished and a test piece that had been pre-oxidized to form an oxide film. An anodic polarization curve of each of two types of test pieces immersed in pure water not containing an oxidizing agent and a cathodic polarization curve of each of the two types of test pieces immersed in pure water containing 300 ppb oxygen concentration were obtained. These polarization curves obtained were compared. From these polarization curves, the current density in a state where the test piece is placed at a desired potential can be calculated. Based on the calculated current density, it is possible to know the influence (inhibition of charge transfer) of the formation of an oxide film on the surface of the test piece on the transfer of charge on the surface of the test piece.
実験は、BWRの炉内環境を模擬した、導電率0.056μS・cm−1の純水を、沸騰を防ぐ目的で8MPaに加圧して280℃の温度に制御し、試験片を装荷した高温槽内に導くことによって行った。試験片は、市販のφ0.5mmのSUS304ステンレス鋼線を使用した。予備酸化処理を施した試験片は、そのステンレス鋼線を288℃、8MPaの純水中で500hr保持して事前に表面に酸化皮膜を形成した。分極曲線の測定は、ポテンショスタットを使用して各試験片に電位を印加し、その時々の電流を測定した。 In the experiment, pure water having a conductivity of 0.056 μS · cm −1 simulating the BWR in-furnace environment was pressurized to 8 MPa for the purpose of preventing boiling and controlled to a temperature of 280 ° C., and the test piece was loaded at a high temperature. This was done by guiding it into the tank. The test piece used was a commercially available SUS304 stainless steel wire of φ0.5 mm. The test piece subjected to the pre-oxidation treatment was formed by previously holding the stainless steel wire in pure water at 288 ° C. and 8 MPa for 500 hours to form an oxide film on the surface in advance. The polarization curve was measured by applying a potential to each test piece using a potentiostat and measuring the current at each time.
まず、酸素を含まない純水に試験片を浸漬させた場合におけるアノード分極曲線の測定結果を図5に示す。予備酸化処理により予め酸化皮膜が形成された試験片(図5に示された予備酸化ステンレス鋼)は、研磨したままで表面に酸化皮膜が形成されていない試験片(図5に示された酸化皮膜無しステンレス鋼)よりも、広い電位域において電流密度が減少した。この電流密度の減少は、金属の溶出が減ったこと、すなわち、腐食速度が減少したことを示している。 First, FIG. 5 shows the measurement result of the anodic polarization curve when the test piece is immersed in pure water containing no oxygen. A test piece (preliminary oxidized stainless steel shown in FIG. 5) on which an oxide film has been formed in advance by pre-oxidation treatment is a polished test piece on which the oxide film is not formed on the surface (the oxidation shown in FIG. 5). The current density decreased in a wider potential range than that of stainless steel without a coating. This decrease in current density indicates a decrease in metal elution, ie, a decrease in corrosion rate.
特に、研磨したままで酸化皮膜が形成されていない試験片において−0.4Vvs.SHE近傍で見られた活性態と呼ばれるピーク電流が、予備酸化処理による酸化皮膜が形成された試験片では約1/5に低下している。隙間部は、前述のように酸素及び過酸化水素が生成しにくく、低酸化種濃度の状態にある。したがって、発明者らは、隙間部に面して配置されたステンレス鋼が、図5における自然浸漬電位(約−0.5Vvs.SHE)に近い低電位になっていると想定した。一方、間隙部に面して配置されたステンレス鋼の電位は、炉水の放射線分解による酸素及び過酸化水素濃度が隙間部よりも高いため、隙間部よりも高電位に置かれているものと考えられる。したがって、隙間部に面しているステンレス鋼の表面部分が活性態となり、この表面部分で選択的に腐食が進行する隙間腐食が生じる。 In particular, -0.4 Vvs. For a test piece that was polished and had no oxide film formed thereon. The peak current called the active state observed in the vicinity of the SHE is reduced to about 1/5 in the test piece on which the oxide film is formed by the preliminary oxidation treatment. As described above, the gap portion is less likely to generate oxygen and hydrogen peroxide, and is in a low oxidizing species concentration state. Therefore, the inventors assumed that the stainless steel disposed facing the gap portion has a low potential close to the natural immersion potential (about −0.5 V vs. SHE) in FIG. On the other hand, the potential of the stainless steel arranged facing the gap is higher than the gap because the oxygen and hydrogen peroxide concentrations due to radiolysis of the reactor water are higher than the gap. Conceivable. Therefore, the surface portion of the stainless steel facing the gap portion becomes active, and crevice corrosion occurs where corrosion proceeds selectively on this surface portion.
図5に示された実験結果から、発明者らは、以下に述べる新たな知見を見出した。すなわち、ハフニウム部材の膨張及びシースの変形などにより間隙の幅が狭い隙間部が形成され、酸素及び過酸化水素等の酸化剤の濃度が低下してその隙間部に面するシースの内面の部分で電位が−0.4Vvs.SHE近傍まで低下した場合には、シースの内面に酸化皮膜が形成されていないとき、その隙間部に面するシースの内面部分が活性態となり、その内面部分での腐食速度が大きくなる。しかしながら、シース内面に予め酸化皮膜を形成しておくことによって、−0.4Vvs.SHE近傍の活性態におけるシース内面部分での腐食速度が酸化皮膜を形成していない場合に比べて最大で約1/5に低減できる。 From the experimental results shown in FIG. 5, the inventors have found the following new findings. That is, a gap having a narrow gap is formed by expansion of the hafnium member, deformation of the sheath, etc., and the concentration of an oxidant such as oxygen and hydrogen peroxide is reduced and the inner surface of the sheath faces the gap. The potential is -0.4 Vvs. In the case of a reduction to the vicinity of SHE, when an oxide film is not formed on the inner surface of the sheath, the inner surface portion of the sheath facing the gap becomes active, and the corrosion rate at the inner surface portion increases. However, by previously forming an oxide film on the inner surface of the sheath, −0.4 Vvs. The corrosion rate at the inner surface of the sheath in the active state in the vicinity of SHE can be reduced to about 1/5 at maximum as compared with the case where no oxide film is formed.
酸素を300ppb含む純水に試験片を浸漬させた場合のカソード分極曲線の測定結果を図6に示す。この測定の結果、予備酸化処理により予め酸化皮膜を形成することにより、全電位域で電流密度が減少することが見出された。カソード分極曲線における電流密度は、任意電位にある試験片の表面上における、酸素など酸化種の還元反応量を表している。したがって、酸化皮膜の形成によって電流密度が減少したことは、酸素の還元反応量が酸化皮膜によって阻害されたことを示している。すなわち、事前の酸化皮膜の付与により、腐食の駆動力を減少できることを表している。 FIG. 6 shows the measurement result of the cathode polarization curve when the test piece is immersed in pure water containing 300 ppb oxygen. As a result of this measurement, it has been found that the current density decreases in the entire potential region by forming an oxide film in advance by pre-oxidation treatment. The current density in the cathodic polarization curve represents the amount of reduction reaction of oxidizing species such as oxygen on the surface of the test piece at an arbitrary potential. Therefore, the decrease in current density due to the formation of the oxide film indicates that the amount of oxygen reduction reaction is inhibited by the oxide film. That is, it shows that the driving force of corrosion can be reduced by applying an oxide film in advance.
以上の結果から、発明者らは、予備酸化処理によりシース内面に予め酸化皮膜を形成することによって、隙間腐食の駆動力が低減されること、及び、単位時間当たりのシース材の溶出量、すなわち腐食速度が低減されることを新たに見出した。したがって、制御棒を原子炉内に設置する前に、シース内面に酸化皮膜を予め形成することによって、制御棒のシース内面部分での隙間腐食の腐食速度が低減できることを、発明者らが見出したのである。 From the above results, the inventors have previously formed an oxide film on the inner surface of the sheath by pre-oxidation treatment, thereby reducing the driving force of crevice corrosion, and the amount of sheath material eluted per unit time, that is, It was newly found that the corrosion rate is reduced. Therefore, the inventors have found that the corrosion rate of crevice corrosion at the sheath inner surface portion of the control rod can be reduced by forming an oxide film on the sheath inner surface in advance before the control rod is installed in the reactor. It is.
制御棒の、炉心に最初に挿入される端部を制御棒挿入端部と称し、炉心内に全挿入された制御棒の、炉心から最初に引き抜かれる端部を制御棒引抜端部と称する。BWRでは制御棒は下方より炉心内に挿入されるため、BWR用の制御棒の制御棒挿入端部は制御棒の上端部(すなわち、ハンドル部)に相当し、BWR用の制御棒の制御棒引抜端部は制御棒の下部支持部の部分に相当する。 The end portion of the control rod that is first inserted into the core is referred to as a control rod insertion end portion, and the end portion of the control rod that is fully inserted into the core is first extracted from the core is referred to as a control rod withdrawal end portion. In BWR, since the control rod is inserted into the core from below, the control rod insertion end of the control rod for BWR corresponds to the upper end (ie, handle portion) of the control rod, and the control rod of the control rod for BWR The withdrawal end corresponds to the lower support portion of the control rod.
制御棒のシース内面に形成された酸化皮膜は、制御棒の原子炉内への搬入前において、シースの長手方向の全長に亘って存在していても良い。しかしながら、その酸化皮膜は、制御棒の原子炉内への搬入前において、少なくとも、制御棒の制御棒挿入端部側に位置するシースの端面と、この端面から制御棒引抜端部に向かってシースの長手方向の全長の1/3の位置との間の第1領域で、シース内面に形成されていることが望ましい。この第1領域におけるシース内面に予め酸化皮膜を形成する理由は、(a)シースの制御棒挿入端部側の部分が、複数の運転サイクルにおいて炉心内に長時間にわたって挿入されており、シースがその部分で変形しやすい、(b)制御棒内の中性子吸収部材とシース内面の間の間隙内での炉水の沸騰も、制御棒挿入端部側で生じる、ことにある。具体的に言えば、(a)及び(b)の理由によって炉水の低酸素種濃度になる隙間部が、第1領域で形成され易く、この第1領域で隙間腐食が発生し易いからである。その領域のシース内面に事前に酸化皮膜を形成することによって、シース内面における隙間腐食の発生を著しく抑制することができる。 The oxide film formed on the inner surface of the sheath of the control rod may exist over the entire length in the longitudinal direction of the sheath before the control rod is carried into the nuclear reactor. However, before the control rod is carried into the nuclear reactor, the oxide film is at least the end surface of the sheath located on the control rod insertion end side of the control rod, and the sheath from the end surface toward the control rod withdrawal end portion. It is desirable that it is formed on the inner surface of the sheath in a first region between 1/3 of the total length in the longitudinal direction. The reason why the oxide film is previously formed on the inner surface of the sheath in the first region is that (a) the portion of the sheath on the control rod insertion end side is inserted into the core for a long time in a plurality of operation cycles, and the sheath (B) The boiling of the reactor water in the gap between the neutron absorbing member in the control rod and the inner surface of the sheath also occurs on the control rod insertion end side. Specifically, because of the reasons (a) and (b), a gap portion having a low oxygen species concentration in the reactor water is likely to be formed in the first region, and crevice corrosion is likely to occur in the first region. is there. By forming an oxide film in advance on the inner surface of the sheath in that region, the occurrence of crevice corrosion on the inner surface of the sheath can be remarkably suppressed.
制御棒挿入端部側に位置するシースの端面から制御棒引抜端部に向かってシースの長手方向の全長の1/3の位置と、シースの制御棒引抜端部側の端面との間の第2領域では、シース内面と中性子吸収部材の間に間隙部が形成されるので、BWRの運転中にその間隙部内を流れる炉水の酸素及び過酸化水素の濃度が高い。このため、第2領域に面するシース内面では、間隙部内を流れる炉水に含まれた酸素及び過酸化水素により、原子炉の運転中において酸化皮膜の形成が促進される。 A position between one-third of the total length in the longitudinal direction of the sheath from the end surface of the sheath located on the control rod insertion end side to the control rod withdrawal end portion and the end surface on the control rod withdrawal end portion side of the sheath In the two regions, since a gap is formed between the sheath inner surface and the neutron absorbing member, the oxygen and hydrogen peroxide concentrations in the reactor water flowing in the gap during the operation of the BWR are high. For this reason, on the inner surface of the sheath facing the second region, the formation of an oxide film is promoted during operation of the nuclear reactor due to oxygen and hydrogen peroxide contained in the reactor water flowing in the gap.
本発明は、上記の検討結果に基づいて成されたものであり、以下に、本発明の実施例を説明する。 The present invention has been made based on the above examination results, and examples of the present invention will be described below.
本発明の好適な一実施例である実施例1の制御棒を、図1〜図4に基づいて以下に説明する。本実施例の制御棒1は、沸騰水型原子炉(BWR)で用いられる制御棒である。この制御棒1は、横断面が十字形をしていて軸心にタイロッド4が配置され、このタイロッド4から四方に伸びる4枚のブレード2を有する。ハンドル5がタイロッド4の上端部に取り付けられ、下部支持部材8がタイロッド4の下端部に取り付けられる。下部支持部材8は、下部支持板または落下速度リミッタである。ローラ16が回転可能に下部支持部材8に取り付けられる。このローラ16は、炉心に装荷されている燃料集合体のチャンネルボックスの外面と接触し、制御棒1を燃料集合体間で円滑に移動させる機能を有する。
A control rod according to
各ブレード2は、横断面がU字状をしているシース6、扁平な筒、例えば楕円形状の筒であるハフニウム部材3U,3Lを有する(図2及び図3参照)。シース6はステンレス鋼(SUS304及びSUS316L等)によって構成される。シース6の上端はハンドル5に溶接され、シース6の下端は下部支持部材8に溶接されている。シース6のU字の両端部には、複数のタブ(突出部)18がタイロッド4の軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。タブ18は、シース6の一部であるが、タイロッド4側に向かって突出している部分である。これらのタブ18は溶接にてタイロッド4に接合されている。上記したシース6とタイロッド4、ハンドル5及び下部支持部材8との接合は、例えば、レーザ溶接によって行われる。
Each
1つのブレード2のシース6内に形成される空間内に、2つのハフニウム部材3U及び2つのハフニウム部材3Lが配置されている。ハフニウム部材3Uはハフニウム部材3Lの上方に位置しており、タイロッド4の軸方向におけるこれらの長さは同じである。ハフニウム部材3Uは、ハンドル5の下端部に形成された舌状部(図示せず)にピン12で取り付けられている。ハフニウム部材3Lは、下部支持部材8の上端部に形成された舌状部(図示せず)にピン12で取り付けられている。すなわち、ハフニウム部材3Uは上端部がハンドル5に取り付けられ、ハフニウム部材3Lが下部支持部材8に取り付けられている。これらのハフニウム部材は中性子吸収部材である。BWRの運転中においてハフニウム部材3U,3Lが熱膨張してもそれらのハフニウム部材が互いに接触しないように、ハフニウム部材3Uの下端とハフニウム部材3Lの上端との間のギャップgが形成されている。図2において、Lsはシース6の長手方向における全長を示している。この全長Lsは約4mである。
In the space formed in the
制御棒1では、原子炉圧力容器内への搬入前において、4つのブレード2のそれぞれのシース6の内面に酸化皮膜が形成されている。この酸化皮膜は、制御棒1の制御棒挿入端部(ハンドル5)側に位置するシース6の端面と、この端面から制御棒引抜端部(下部支持部材8の上端)に向かってLs/3の位置との間で、シース6の内面に形成されている。酸化皮膜はシース6の長手方向の全長Lsに亘ってシース6の内面に形成しても良い。ハフニウム部材3U,3Lの外面とシース6の内面との間に間隙g1が形成される(図3参照)。この間隙g1の幅は、例えば、0.2mmである。
In the
制御棒1の組み立てを、図1及び図4を用いて説明する。制御棒1の製造工程が図4に示され、この製造工程におけるシース6内面への酸化皮膜の形成には図1に示された予備酸化処理装置(酸化皮膜形成装置)21が用いられる。開口9L,9U,12が形成されたステンレス鋼板をU字状に曲げてシース6の成型が完了した後、予備酸化処理装置21によって、シース6の内面に対して予備酸化処理を行い、シース6内面の所定範囲に酸化皮膜を形成する。
The assembly of the
予備酸化処理装置21は、ガイドレール22、走行装置23、管状ノズル24、加熱装置26及びタンク28を備えている。走行装置23はガイドレール22に沿って移動可能である。複数の噴出孔25が形成されて不錆鋼で作られた管状ノズル24が、走行装置23に取り付けられる。管状ノズル24に接続された可撓性の流体搬送管29が、水30が貯留されているタンク28に接続される。加熱装置26及びポンプ27が流体搬送管29に設けられる。管状ノズル24の外径は、U字状のシース6の対向する内面間の幅よりも小さくなっている。
The preliminary
シース6は、U字状の端部が下方になるように保持装置(図示せず)に取り付けられる。ガイドレール22は、支持装置(図示せず)に取り付けられてシース6の開放された端部よりも上方に位置している。ガイドレール22とシース6の開放された端部は並行になるように配置されている。走行装置23に取り付けられた管状ノズル24が、開放端部からシース6の対向する内面間に挿入されている。管状ノズル24に形成された各噴出孔25はシース6の内面の法線方向を向いている。管状ノズル24は、走行装置23をガイドレール22に沿って移動させることにより、シース6の長手方向における一端からその他端に向かってシース6内を移動する。
The
シース6の内面への酸化皮膜の形成を開始するとき、管状ノズル24は、シース6の長手方向における一端に位置している。タンク28内の水30は、ポンプ27によって加圧され、流体搬送管29を通って加熱装置26に供給される。加熱装置26は、その水を400℃に加熱して蒸気にする。この蒸気は、加熱装置26から排出されて流体搬送管29により管状ノズル24内に供給される。蒸気は、複数の噴出孔25からシース6の内面に向かって噴出され、シース6内面に酸化皮膜を形成するために必要な熱及び酸素を供給する。蒸気を管状ノズル24から噴出させながら、ガイドレール22を走行する走行装置23によって、管状ノズル24を長手方向におけるシース6の一端からそれの他端に向かって所定の速度で移動させる。複数の噴出孔25から噴出される蒸気によってシース6の内面に所定厚みの酸化皮膜が形成される。管状ノズル24が、シース6の長手方向における一端を起点にして、この一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置まで到達したとき、管状ノズル24からの蒸気の噴出が停止され、管状ノズル24の移動も停止される。このため、予備酸化処理による酸化皮膜が、長手方向におけるシース6の一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置の間でシース6の内面に形成される。走行装置23の移動速度と形成される酸化皮膜の厚みとの相関関係を予め測定しておき、走行装置23の移動速度を調整することによって、酸化皮膜厚みを10μm以下の範囲内に制御する。予備酸化処理を実施している間、加熱装置26から管状ノズル24に供給する蒸気の温度、及び蒸気が当たっているシース6の内面の温度が、熱電対などの温度測定装置によって測定することにより監視される。管状ノズル24に供給する蒸気の温度が設定温度からずれた場合には、加熱装置26による加熱量を制御する。もし、シース6の長手方向の全長に亘ってその内面に酸化皮膜を形成するときは、管状ノズル24をシース6の長手方向における一端からその他端まで移動させる。
When the formation of an oxide film on the inner surface of the
制御棒1の製造を、図4を用いて簡単に説明する。ハンドル5の舌状部にハフニウム部材3Uをピン12で取り付ける。このハンドル5をタイロッド4の一端に接合する。ローラ16及びコネクタ19が取り付けられた下部支持部材8の舌状部に、ハフニウム部材3Lをピン12で取り付ける。この下部支持部材8がタイロッド4の他端に接合される。予備酸化処理装置21により、内面に酸化皮膜が前述のように形成されたシース6が、ハンドル5、タイロッド4及び下部支持部材8にレーザ溶接により接合される。ハフニウム部材3U,3Lがシース6の対向する内面間に配置される。内面に酸化皮膜が形成された部分が制御棒挿入端部側に配置されるように、シース6が、ハンドル5、タイロッド4及び下部支持部材8に接合される。このようにして制御棒1が製造される。
The manufacture of the
制御棒1は、BWRの原子炉圧力容器内に配置され、原子炉出力を制御するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒駆動機構(図示せず)によって出し入れされる。制御棒1は、下部支持部材8の下端部に設けられたコネクタ19によって原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動機構に連結される。制御棒駆動機構は、制御棒1の炉心内への挿入操作、及び制御棒1の炉心からの引き抜き操作を行う。原子炉圧力容器内を流れる炉水(冷却水)は、シース6に形成された一部の開口12及びシース6の最下端部に形成された複数の開口9Lからシース6内に流入し、ハフニウム部材3U,3Lを冷却して他の開口12(特に上端部に位置する開口12)及びシース6の最上端部に形成された複数の開口9Uからシース6の外に流出する。シース6内に流入した炉水の一部は、ハフニウム部材3Uに設けられた小径の開口10を通ってハフニウム部材3U内に流入し、また、ハフニウム部材3Lに形成された小径の開口11を通ってハフニウム部材3L内に流入する。このように、炉水がハフニウム部材3U,3L内に流入することによって、これらのハフニウム部材の冷却効果が増大される。シース6内に流入した炉水の一部はハフニウム部材とシース6の内面との間に形成された間隙g1内を上昇する。
The
BWRが起動されて原子炉出力が定格出力(100%出力)まで上昇したときには、大部分の制御棒は炉心から全引き抜きされ、その後における原子炉出力の調整用に何本かの制御棒1が炉心に挿入されている。BWRの運転開始後に、炉心に挿入されている複数の制御棒1のうち1本の制御棒1において、シース6が変形して間隙g1において隙間部が形成されたと仮定する。この隙間部は、例えば、シース6の制御棒挿入端部側の一端とこの一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置との間の領域に形成されている。この隙間部内では炉水が沸騰しており、隙間部内の炉水に含まれる酸素及び過酸化水素の濃度が低くなっている。このため、BWRの運転中において、隙間部内の炉水に含まれている酸素及び過酸化水素に起因した酸化皮膜の成長が、その隙間部に面するシース6の内面で抑えられる。しかしながら、隙間部に面する、シース6の制御棒挿入端部側の一端とこの一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置との間の領域のシース6の内面には、制御棒1が原子炉圧力容器内に搬入される前に予め酸化皮膜が形成されているので、シース6の内面と隙間部内の炉水との間における電荷の移動が抑制できる。したがって、本実施例は、シース6内で隙間部が形成された場合であっても、この隙間部に面するシース6の内面で隙間腐食が生じることを防止することができる。
When the BWR is activated and the reactor power rises to the rated power (100% power), most of the control rods are fully withdrawn from the core, and
シース6の制御棒挿入端部側の一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置とシース6の制御棒引抜部側の他端との間の第2領域では、間隙部がハフニウム部材とシース6内面との間に形成される。このため、第2領域に面するシース6の内面は、原子炉の運転中において、酸素及び過酸化水素の濃度が高い炉水と接触するので、その内面への酸化皮膜の形成が原子炉運転中に促進される。この酸化皮膜の形成により、第2領域に面するシース6の内面の隙間腐食が防止される。
In a second region between one end of the
本実施例によれば、制御棒1のシース6の内面での隙間腐食が抑制される。
According to this embodiment, crevice corrosion on the inner surface of the
400℃に加熱された水蒸気をシース6の内面に吹き付けたとき、その水蒸気がシース6の内面で凝集して水になる。水蒸気が液相になることにより凝集熱がシース6の内面に付与でき、効率的にシース6の内面の所望箇所に酸化皮膜の形成に必要な熱及び酸素を与えることができる。
When water vapor heated to 400 ° C. is sprayed on the inner surface of the
本発明の他の実施例である実施例2の制御棒を以下に説明する。本実施例の制御棒は、実施例1の制御棒1と同じ構成を有し、図4に示す製造工程により製作される。しかしながら、本実施例の制御棒は、実施例1とは異なる予備酸化処理によりシース6の内面に酸化皮膜を形成している。本実施例で行われる予備酸化処理を、図7を用いて説明する。この予備酸化処理は、シース6の内面に酸化皮膜を形成させるために熱及び酸素を与える媒体として、実施例1のように水蒸気ではなく、空気を用いる。
A control rod according to
本実施例で用いられる予備酸化処理装置21Aは、実施例1で用いられる予備酸化処理装置21とほとんど同じ構成を有し、流体搬送管29がタンク28ではなく空気が充填されたボンベ31に接続されていることが予備酸化処理装置2と異なっている部分である。
The
予備酸化処理装置21Aは予備酸化処理装置2と同様に設置され、管状ノズル24が保持装置(図示せず)に取り付けられたU字状のシース6の対向する内面間に挿入される。ボンベ31内の加圧空気が、流体搬送管29を通して加熱装置26に供給され、400℃に加熱される。加熱された空気は、管状ノズル24内に導かれ、複数の噴出孔25からシース6の内面に向かって噴出される。高温の空気に含まれる酸素の作用によって、シース6の内面に酸化皮膜が形成される。走行装置23を移動させて、実施例1と同じ範囲においてシース6の内面に酸化皮膜を形成する。形成される酸化皮膜の厚みは10μmである。予備酸化処理を実施している間、加熱装置26から管状ノズル24に供給する空気の温度、及び蒸気が当たっているシース6の内面の温度が、熱電対などの温度測定装置によって測定することにより監視される。
The
本実施例も、実施例1と同様に、シース6に隙間腐食が生じることを防止することができる。さらに、予備酸化処理装置21Aは、気体である空気を使用することにより、予備酸化処理装置21のように水を貯留するタンク28が不要となる。取扱いが容易な簡素な予備酸化処理装置を使用して、シース6の所望の箇所に、酸化皮膜の形成に必要な熱と酸素を与えることができる。なお、空気の替りに、酸素を20%以上含む不活性な気体、オゾンまたは酸化窒素を用いてもよい。
In the present embodiment, as in the first embodiment, crevice corrosion can be prevented from occurring in the
本発明の他の実施例である実施例3の制御棒を以下に説明する。本実施例の制御棒は、実施例1の制御棒1と同じ構成を有し、図4に示す製造工程により製作される。しかしながら、本実施例の制御棒は、実施例1及び実施例2とは異なる予備酸化処理によりシース6の内面に酸化皮膜を形成している。本実施例で行われる予備酸化処理を、図8を用いて説明する。この予備酸化処理は、陽極電解によりシース6の内面を酸化させる電解酸化処理である。
A control rod according to Embodiment 3 which is another embodiment of the present invention will be described below. The control rod of the present embodiment has the same configuration as the
本実施例で用いられる予備酸化処理装置21Bは、実施例1で用いられる予備酸化処理装置21において、管状ノズル24及び加熱装置26を中空管33、吸水部材34、格子状電極35及び電源36に替えた構成を有する。中空管33が走行装置23に取り付けられ、格子状電極35が中空管33に取り付けられている。吸水部材34は格子状電極35の外側を覆っている。吸水部材34及び格子状電極35は、細長く、U字状になったシース6の開放端からシース6の曲がり部に到達する程度の長さを有する。電源36に接続された配線37が格子状電極35の一端に接続されている。格子状電極35はさらに接地されている。電源36は配線によりシース6にも接続される。ポンプ27に接続される流体搬送管29は中空管33に接続される。酸性溶液32がタンク28内に充填されている。
The pre-oxidation processing apparatus 21B used in the present embodiment is the same as the
予備酸化処理装置21Bは予備酸化処理装置2と同様に設置され、吸水部材34及び格子状電極35が保持装置(図示せず)に取り付けられたU字状のシース6の対向する内面間に挿入される。タンク28内の酸性溶液32がポンプ27の駆動によって流体搬送管29及び中空管33を通して吸水部材34に供給される。吸水部材34は、pH1の酸性溶液32で一様に浸された状態に保たれる。酸性溶液32を含んでいる吸水部材34はシース6の対向する内面にそれぞれ接触している。
The pre-oxidation treatment device 21B is installed in the same manner as the
その後、配線37に接続されている開閉器(図示せず)を閉じて電源36から格子状電極35及びシース6に通電する。電源36を調節して、格子状電極35とシース6間に印加される電圧を所定の電圧に制御する。酸性溶液32を含んでいる吸水部材34がシース6の内面に接触している状態で電圧を印加することによって、シース6の内面に対する電解酸化処理が実施され、吸水部材34に接しているシース6の内面に酸化皮膜が形成される。
Thereafter, a switch (not shown) connected to the
シース6の内面に対する電解酸化処理を行いながら、走行装置23を移動させて、吸水部材34及び格子状電極35を、シース6の長手方向における一端を起点にして、この一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置まで移動させる。この位置に到達したとき、開閉器が開いて電圧の印加が停止され、酸性溶液32の吸水部材34への供給も停止される。また、走行装置23の移動も停止される。シース6の長手方向における一端と、この一端からシース6の長手方向の全長Lsの1/3の位置との間の領域で、シース6の内面に酸化皮膜が形成される。酸化皮膜の厚みは10μmである。予備酸化処理を実施している間、格子状電極35とシース6との間に印加される電圧が、電位差計などの電圧測定装置で測定することによって監視される。
While performing the electrolytic oxidation treatment on the inner surface of the
格子状電極35は、貴な材料である白金で構成することが望ましく、板状としても良い。酸性溶液32は硝酸、あるいはクロム酸の水溶液を用いることが望ましい。
The
本実施例も、実施例1と同様に、シース6に隙間腐食が生じることを防止することができる。本実施例は、電解酸化処理によりシース6の内面に酸化皮膜を形成しているので、電気エネルギーを酸化皮膜の形成に利用することができる。このため、電流等を計測することが容易であり、酸化皮膜の厚み制御が容易になる。また、本実施例は、酸化皮膜の形成に熱を与えないので、シース6の母材の相変化による劣化が生じない。
In the present embodiment, as in the first embodiment, crevice corrosion can be prevented from occurring in the
1…制御棒、2…ブレード、3L,3U…ハフニウム部材、4…タイロッド、5…ハンドル、6…シース、8…下部支持部材、21,21A,21B…予備酸化処理装置、22…ガイドレール、23…走行装置、24…管状ノズル、25…噴出孔、26…加熱装置、28…タンク、29…流体搬送管、31…ボンベ、33…中空管、34…吸水部材、35…格子状電極ク、36…電源。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記中性子吸収部材と前記シースの内面の間に形成された間隙に連通する開口部が前記シースに形成されており、
原子炉内に搬入されるときに、前記中性子吸収部材に面する前記シースの内面に酸化皮膜が形成されていることを特徴とする制御棒。 A tie rod, a handle attached to the upper end portion of the tie rod, a lower support member attached to the lower end portion of the tie rod, and attached to the handle, the lower support member and the tie rod, and has a U-shaped cross section. And four sheaths extending from the tie rods in all directions, and a neutron absorbing member disposed in each sheath,
An opening that communicates with a gap formed between the neutron absorbing member and the inner surface of the sheath is formed in the sheath,
A control rod, wherein an oxide film is formed on an inner surface of the sheath facing the neutron absorbing member when being carried into a nuclear reactor.
前記酸化性気体を The control according to claim 5 or 6, wherein the formation of the oxide film is performed by spraying a gas containing an oxidizing gas of 20% or more heated to a temperature of 100 to 500 ° C on the inner surface of the sheath. A method of manufacturing a bar.
The oxidizing gas
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