原子炉制御棒
【課題】
タイロッドとシースの隙間部で発生が懸念される隙間腐食の発生を抑制することは勿論、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、腐食の発生が抑制できる原子炉制御棒を提供する。
【解決手段】
本発明では、上記課題を解決するために、横断面が概略十字形のタイロッドと、横断面が概略Ｕ字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる４つのシーストと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする。
タイロッドとシースの隙間部で発生が懸念される隙間腐食の発生を抑制することは勿論、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、腐食の発生が抑制できる原子炉制御棒を提供する。
【解決手段】
本発明では、上記課題を解決するために、横断面が概略十字形のタイロッドと、横断面が概略Ｕ字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる４つのシーストと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉制御棒に係り、特に、沸騰水型原子炉に用いられ、ハフニウム金属を利用したものに好適な原子炉制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中に存在する構造材同士が近接または接触する部分(以下、隙間部という)では、構造部材に接触する水に含まれる酸素が消費され、豊富に存在する隙間部外の酸素と酸素濃淡電池が形成される。このため、腐食反応が継続しやすい環境となると考えられる。
【０００３】
また、原子炉内に配置されたステンレス鋼製の隣り合う構造部材による隙間部では、構造部材への放射線照射、構造部材の溶接残留応力及び隙間構造の３つの要因が重畳するため、構造部材における腐食反応が更に進みやすい環境になる。
【０００４】
例えば、原子炉出力を制御する原子炉制御棒は、原子炉内に設置されて炉心内に挿入されるために、原子炉制御棒のタイロッドには、炉心に装荷された燃料集合体に含まれる核燃料物質の核分裂反応により発生する中性子やγ線の照射による材料劣化及び酸化環境、製造過程においてタイロッドとシースとの溶接によりシースに発生する引張残留応力、タイロッドとシースとの隙間腐食環境の３つの要因が重なっているため、隙間腐食が発生しやすい環境であることが懸念される。
【０００５】
沸騰水型原子炉の原子炉制御棒として用いられている形状の一つに、中性子吸収材となる管状のハフニウム楕円管２枚を、Ｕ字形シースに内包することで１枚のブレードを形成し、このブレード４枚を十字形に組み合わせたものがある。例えば、特許文献１乃至３に記載のような原子炉制御棒であり、これらの原子炉制御棒は、通常、図１及び図２に示すような構造である。
【０００６】
図１及び図２に示す特許文献１乃至３に記載されたハフニウム楕円管を有する沸騰水型原子炉の従来の原子炉制御棒は、十字形の断面形状を有するタイロッド１の上端部にハンドル２が取り付けられ、下端部に下部支持部材３（又は落下速度リミッタ）が取り付けられることにより、フレームと呼ばれる骨格構造が形成される。
【０００７】
このフレームに、タイロッド１の約半分の長さを持ち、かつ、楕円形の断面形状を持つハフニウム楕円管５が、上部ハフニウム５ａとしてハンドル２の舌状部位２ａに取り付けられ、ピン６にて固定される。同様に、下部ハフニウム５ｂが下部支持部材３（又は落下速度リミッタ）の舌状部位３ａに取り付けられ、ピン６にて固定される。
【０００８】
更に、上記の上部ハフニウム５ａ及び下部ハフニウム５ｂは、ステンレス鋼製の概略Ｕ字形の断面形状を持つシース４により内包され、そのシース４の端部がハンドル２、タイロッド１、下部支持部材３（又は落下速度リミッタ）に固定されることにより、一つのブレードを形成している。同様に、他の３つのブレードも、断面形状が概略十字形となるように形成されることにより、原子炉制御棒が構成される。
【０００９】
以上のような、従来の原子炉制御棒が有する形状の特徴の一つとして、シース４とハフニウム楕円管５で形成される隙間構造に着目して、腐食の発生可能性を低減できる構造設計や、なるべく隙間間隔を拡大する方策が検討されている。また、例えば、特許文献４乃至６に記載のように、耐食性の皮膜を材料表面に付与する方法も検討されている。特に、特許文献６には、ハフニウム部材とシースの間に形成された隙間部に面するシース内面に皮膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１０２９９号公報
【特許文献２】特開２００２−７１８６８号公報
【特許文献３】特開平９−６１５７６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４４１９２号公報
【特許文献５】特開２０１０−２１６８８１号公報
【特許文献６】特開２０１０−１６４５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来技術では、タイロッドとシースの溶接部における隙間部での腐食に対する方策の記載は見られない。
【００１２】
更に、原子炉制御棒の特性上、上下方向の動作を繰り返すことでタイロッドに引張応力や圧縮応力が繰り返し付与されること、起動時に室温から３００℃以上まで温度が変動すること及び放射線照射されることにより、表面皮膜のひび割れや剥離が懸念される。表面皮膜にひび割れ等が起きると、その場所は母材が露出するために、腐食が発生しやすくなると共に、表面皮膜と母材の電気化学的特性の優劣から、皮膜を付与しない未処理の場合に比べ、母材の溶解をさらに加速する可能性がある。
【００１３】
また、シースやタイロッドにジルコニウム等の耐食性金属を用いる場合、ステンレス鋼に比べて密度が大きいため、原子炉制御棒全体の重量が増加することで機器仕様を満足しないことが懸念される。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、タイロッドとシースの隙間部で発生が懸念される隙間腐食の発生を抑制することは勿論、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、腐食の発生が抑制できる原子炉制御棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の原子炉制御棒は、上記目的を達成するために、横断面が概略十字形のタイロッドと、該タイロッドの上端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドルに、下端部が前記下部支持部材にそれぞれ取り付けられ、前記タイロッドに取り付けられ、かつ、横断面が概略Ｕ字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる４つのシースと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シースとタイロッドの溶接部近傍に形成される隙間部に、不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が存在するので、この隙間部での隙間腐食の発生が抑制できることは勿論、十分な厚さを設けた皮膜と共に母材内部へも拡散層を付与しているので、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、不働態化を促進する成分が拡散層に存在するので、母材そのものが露出することなく、不働態化により腐食の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の原子炉制御棒を示す構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】原子炉制御棒のシースが受ける中性子照射量の分布を示す説明図である。
【図４】本発明の原子炉制御棒の実施例１を示し、原子炉制御棒の長手方向に垂直な断面のうちタイロッド及びブレード１枚の断面図及びシースとタイロッド溶接部の拡大図である。
【図５】実施例１における原子炉制御棒の製造手順を示す図である。
【図６】ステンレス鋼製の試験片に対する腐食試験後における試験片断面の電子顕微鏡写真である。
【図７】ステンレス鋼製の試験片に対する腐食試験後における試験片内のＣｒ濃度分析を示す図である。
【図８】実施例１で形成された皮膜の模式図である。
【図９】ステンレス鋼製の試験片に対する腐食試験後で発生するひび割れの初期深さの測定結果を示す説明図である。
【図１０】本発明の原子炉制御棒の実施例２を示し、原子炉制御棒の長手方向に垂直な断面のうちタイロッド及びブレード１枚の断面図及びシースとタイロッド溶接部の拡大図である。
【図１１】実施例２における原子炉制御棒の製造手順を示す図である。
【図１２】本発明の原子炉制御棒の実施例３を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
隙間腐食は、放射線照射、残留応力及び隙間構造のどれか１つの要因を除くことにより防ぐことができる。しかし、原子炉制御棒は、原子炉内に配置されることから放射線照射の環境を除くことは困難である。特に、原子炉制御棒は、図３に示すように、中性子吸収材であるハフニウム部材を内部に配置するシース４の上部、即ち、シース４の上端から下端に向かってシース４の全長（Ｌ０）の１/２程度の位置までの領域で高い中性子照射を受ける。
【００１９】
また、従来のハフニウム部材（例えば、ハフニウム楕円管５）を用いた原子炉制御棒では、シース４とハンドル２及びシース４とタイロッド１との溶接に伴い、引張残留応力がシース４の表面に発生する。従来の技術で使用されている構造部材の残留応力を低減させる方法として溶接後の熱処理は、原子炉制御棒の構造や寸法精度の制約上、原子炉制御棒に適用することが困難である。
【００２０】
更に、隙間部の腐食環境は、シース４とタイロッド１との隙間部に、炉心冷却材に含まれる不純物や腐食生成物などが堆積することで、腐食の発生に寄与すると考える。また、シース４とタイロッド１の隙間部に腐食生成物等が堆積すると、隙間幅が狭まり腐食がより発生し易い環境となる。
【００２１】
以上のことから、隙間腐食を抑制するための方策として、本発明者等は、隙間構造が回避できない部位では、腐食環境の経時的な悪化を抑制することが有効で、且つ、シースに引張残留応力が付加された場合でも母材が露出しにくいことが必要であると考えた。
【００２２】
そして、種々の検討を行った結果、本発明者等は、タイロッドとシースが溶接される領域となる隙間部分にのみ、腐食を抑制できる皮膜、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分を含むシースあるいはタイロッドの表面皮膜と、シース母材あるいはタイロッド母材へステンレス鋼の不働態化を促進する成分が含まれる皮膜及び金属の拡散層を付与すれば良いとの発想に至った。
【００２３】
ステンレス鋼の不働態化を促進する金属は、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分で、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００２４】
上記の検討結果を反映した本発明の実施例を、以下に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の原子炉制御棒の実施例１を図４に示す。その概略構成は、図１及び図２で説明した構成と略同一なので、ここでの詳細説明は省略し、本発明に関連する部分のみの説明とする。
【００２６】
図４に示す本実施例では、シース４の端部とタイロッド１の溶接部１０の近傍のシース４とタイロッド１で形成される隙間部のシース内面４ａに、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａと金属の拡散層９ａが形成されている。即ち、シース４とタイロッド１で形成される隙間部のタイロッド１と対向するシース４の表面に、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａが形成され、この皮膜成分７ａが形成されシース４の表層部に拡散層９ａが形成されているもので、これは、拡散層９ａが、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａとシース４の間に形成されていることになる。
【００２７】
製作手順は、先ず、シース４の溶接部１０に相当する部分（図４に示す溶接部１０の端部位置からタイロッド１と対向するシース内面４ａの平行部（長さ（Ｘ）部分）にのみ皮膜成分７aを施工する。この皮膜成分７aが施工されたシース４を、図５に示す如く、中心線（図５（イ）参照）から折り曲げてＵ字形に成型後（図５（ロ）参照）、Ｕ字形の開口部分を、タイロッド１の十字形から四方に伸びる部分に挿入し、両者を溶接する（図５（ハ）参照）。この際は、シース４の端部とタイロッド１は、溶接部１０（図４参照）により固定されている。
【００２８】
上記溶接部１０は、シース４とタイロッド１が混合して溶解した後、凝固しているので、皮膜成分７ａや拡散層９ａは消滅している。しかし、溶接部１０の近傍では、幾何学的な隙間構造が残存するため、この隙間部分に皮膜成分７ａや拡散層９ａが存在していることで、隙間腐食が抑制できる。
【００２９】
ステンレス鋼製のシース４に対する皮膜成分７ａとして、例えば、ステンレス鋼の含有成分であるＣｒを用いることで不働態化を促進する皮膜を形成できる。
【００３０】
図６は、未処理のステンレス鋼試験片と、表面にＣｒ皮膜及び拡散層を蒸着により付与した試験片の腐食試験後の電子顕微鏡による観察写真である。図６の（１）は未処理試験片の顕微鏡写真であり、（Ｂ１）は（Ａ１）の一部を拡大した顕微鏡写真である。一方、図６の（２）はＣｒ付与試験片の顕微鏡写真であり、（Ｂ２）は（Ａ２）の一部を拡大した顕微鏡写真である。腐食試験は、２８８℃の高温水中で歪み量が１５％になるまで低歪速度引張試験（ＳＳＲＴ試験）を実施した。
【００３１】
未処理試験片（１）では、図６の（Ｂ１）に示すように、表面にひび割れが見られ、腐食の痕跡が観察された。一方、Ｃｒ付与試験片（２）では、図５の（Ｂ２）に示すように、形成されたＣｒ皮膜にスジ状の模様が見られたが、ひび割れは発生していなかった。
【００３２】
この試験結果から、不働態化を促進する成分（例えば、Ｃｒ）で皮膜を付与することで、試験片であるステンレス鋼の腐食を抑制できることがわかった。
【００３３】
特に、Ｃｒ付与試験片（２）では、上述したように、スジ状の模様がＣｒ皮膜に発生していたが、Ｃｒ皮膜にひび割れが生じるに至らなかった。この要因は、表面のＣｒ皮膜からＣｒ付与試験片（２）の母材（ステンレス鋼）にかけて、連続的な濃度勾配を有するＣｒ拡散層が付与されているからであると、発明者等は考えた。
【００３４】
そこで、本発明者等は、未処理試験片及びＣｒ皮膜付与試験片のそれぞれの表面付近の断面を化学分析し、Ｃｒ濃度の分布を求めた。得られたＣｒ濃度分布を図７に示す。図７の（１）は、未処理試験片の表面付近でのＣｒ濃度の分布を示しており、図７の（２）は、Ｃｒ皮膜付与試験片の表面付近でのＣｒ濃度の分布を示している。
【００３５】
該図に示す如く、未処理試験片（１）では、Ｃｒ濃度は、表面から深さ方向において、母材のＣｒ濃度で実質的に一様に分布している。一方、Ｃｒ皮膜付与試験片（２）では、Ｃｒ濃度は、Ｃｒ皮膜の表面で最も高く、Ｃｒ皮膜の表面から深さ方向において、Ｃｒ濃度が、Ｃｒ皮膜の表面から５μｍの深さにおける母材のＣｒ濃度まで連続的に低減する濃度勾配を有するＣｒ拡散層が観察される（図７の（２）参照）。
【００３６】
図６の（２）で観察されたスジ状の模様は、Ｃｒ皮膜の割れあるいは剥離によって、Ｃｒ皮膜の厚みが薄くなったと考えられる。しかしながら、本発明者等は、Ｃｒ皮膜よりも母材側にＣｒ拡散層が存在するために、母材が露出することなく、母材に達するひび割れを抑制できたと考えた。
【００３７】
付与されたＣｒ皮膜の模式図を図８に示す。該図の如く、母材であるステンレス鋼板８に複数の皮膜成分７ａが膜状に付与され、Ｃｒ皮膜７の表面からステンレス鋼板８にかけて、連続的な濃度勾配を有する拡散層９ａが付与されていると考える。
【００３８】
隙間腐食発生時に見られるひび割れの深さを測定した結果を、図９に示す。図９に示された測定結果から、腐食の初期段階では、ひび割れがおよそ３μｍ程度から始まることがわかった。そのため、図７の（２）で示したＣｒ皮膜の厚みが３μｍよりも厚いことが望ましく、Ｃｒ皮膜の厚みが５μｍの皮膜であるために、母材のひび割れを抑制できたと言える。
【００３９】
図６では、物理蒸着法、いわゆるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法を用いた。Ｃｒ皮膜７と拡散層９ａを付与するための方法として、硫酸、塩酸、硝酸、ふっ酸及びクロム酸のいずれかの酸に溶解した不働態化を促進する金属の一種であるＣｒを含む溶液を用いることが可能である。Ｃｒを含む溶液として、クロム酸及び硫酸を含むサージュント欲を用いており、クロム酸の濃度は２５０ｇ/Ｌで、硫酸の濃度は２５ｇ/Ｌである。その溶液の温度は４０〜６０℃の範囲内の温度に加熱される。他には、加熱溶解した不働態化を促進する金属を、シースへ吹き付けることでも同様の効果が期待でき、また、上記した複数の方法を組み合わせて適用することも可能である。
【００４０】
このような本実施例によれば、シースとタイロッドの溶接部近傍に形成される隙間部に、不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が存在するので、この隙間部での隙間腐食の発生が抑制できることは勿論、十分な厚さを設けた皮膜と共に母材内部へも拡散層を付与しているので、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、不働態化を促進する成分が拡散層に存在するので、母材そのものが露出することなく、不働態化により腐食の発生を抑制できる。
【実施例２】
【００４１】
図１０に、本発明の原子炉制御棒の実施例２を示す。図１に示した実施例１と同一部品には同符号を使用して説明する。
【００４２】
図１０に示す本実施例では、シース４の端部とタイロッド１の溶接部１０の近傍のシース４とタイロッド１で形成される隙間部のタイロッド外面１ａに、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂと金属の拡散層９ｂが形成されている。即ち、シース４とタイロッド１で形成される隙間部のシース４と対向するタイロッド１の表面に、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂが形成され、この皮膜成分７ｂが形成されタイロッド１の表層部に拡散層９ｂが形成されているもので、これは、拡散層９ｂが、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂとタイロッド１の間に形成されていることになる。
【００４３】
製作手順は、図１１に示す如く、先ず、折り曲げてＵ字形に成型したシース４（図１１（イ）参照）の溶接部１０に相当する部分（図１０に示す溶接部１０の端部位置からシース４と対向するタイロッド外面１ａの平行部（長さ（Ｙ）部分）にのみ皮膜成分７ｂを施工する。この皮膜成分７ｂが施工されたタイロッド１（図１１（ロ）参照）に、シース４のＵ字形の開口部分を、タイロッド１の十字形から四方に伸びる部分に挿入し、両者を溶接する（図１１（ハ）参照）。この際は、シース４の端部とタイロッド１は、溶接部１０（図１０参照）により固定されている。
【００４４】
本実施例でも実施例１と同様に、溶接部１０は、シース４とタイロッド１が混合して溶解した後、凝固しているので、皮膜成分７ｂや拡散層９ｂは消滅している。しかし、溶接部１０の近傍では、幾何学的な隙間構造が残存するため、この隙間部分のタイロッド１側に皮膜成分７ｂや拡散層９ｂが存在していることで、隙間腐食を抑制できる。
【００４５】
ステンレス鋼製のタイロッド１に対する皮膜成分７ｂとして、例えば、ステンレス鋼の含有成分であるＣｒを用いることで不働態化を促進する皮膜を形成できる。
【００４６】
このような本実施例の構成とすることにより、上述した実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４７】
図１２に、本発明の原子炉制御棒の実施例３を示す。該図に示す本実施例では、シース４のハンドル２側の一端と、この一端からシース４の下部支持部材３側の他端に向かってシース４の軸方向における全長の１/２以下の位置との間の領域に、上述した実施例１の構成若しくは実施例２の構成を適用したものである。
【００４８】
即ち、ハフニウム楕円管５の上端から全長Ｌ０の２分の１の範囲のシース４の端部とタイロッド１の溶接部１０の近傍のシース４とタイロッド１で形成される隙間部に、シース４若しくはタイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａ（又は７ｂ）と金属の拡散層（図示せず）が形成されたシース４を有する原子炉制御棒としたものである。
【００４９】
このような本実施例の構成とすることにより、上述した実施例１及び２と同様な効果を得ることができることは勿論、ハフニウム楕円管５の上端から全長Ｌ０の２分の１の範囲は、原子炉で使用中に受ける中性子照射量が高い部分であり、この範囲にのみ限定して表面処理を施工することが可能で、範囲を限定することで製造コストを抑制できる効果がある。また、皮膜成分７ａ（又は７ｂ）を施工した後に、皮膜を損傷したり、溶解したりすることが無ければ、フェライトの他にも、貴金属の表面処理を用いることもできる。
【００５０】
尚、特に図示して説明しないが、実施例１と実施例２を適用し、シース４側とタイロッド１側のどちらにも皮膜成分を形成するようにしても良い。つまり、図４の構成に加え、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａが形成されているタイロッド１の表層部に、金属の拡散層を形成してもよいし、図１０の構成に加え、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂが形成されているシース１の表層部に、金属の拡散層を形成してもよい。
【００５１】
また、上述した各実施例では、シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層としてＣｒを例にして説明したが、Ｃｒ以外に、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも１種を含む金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層としても良いことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、原子力プラントで用いられているステンレス鋼製の制御棒を初め、炉内構造物や炉内機器に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…タイロッド、１ａ…タイロッド外面、２…ハンドル、２ａ…ハンドルの舌状部位、３…下部支持部材（又は落下速度リミッタ）、３ａ…下部支持部材の舌状部位、４…シース、４ａ…シース内面、５…ハフニウム楕円管、５ａ…上部ハフニウム、５ｂ…下部ハフニウム、６…ピン、７…Ｃｒ皮膜、７ａ、７ｂ…皮膜成分、８…ステンレス鋼板、９ａ、９ｂ…拡散層、１０…溶接部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉制御棒に係り、特に、沸騰水型原子炉に用いられ、ハフニウム金属を利用したものに好適な原子炉制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中に存在する構造材同士が近接または接触する部分(以下、隙間部という)では、構造部材に接触する水に含まれる酸素が消費され、豊富に存在する隙間部外の酸素と酸素濃淡電池が形成される。このため、腐食反応が継続しやすい環境となると考えられる。
【０００３】
また、原子炉内に配置されたステンレス鋼製の隣り合う構造部材による隙間部では、構造部材への放射線照射、構造部材の溶接残留応力及び隙間構造の３つの要因が重畳するため、構造部材における腐食反応が更に進みやすい環境になる。
【０００４】
例えば、原子炉出力を制御する原子炉制御棒は、原子炉内に設置されて炉心内に挿入されるために、原子炉制御棒のタイロッドには、炉心に装荷された燃料集合体に含まれる核燃料物質の核分裂反応により発生する中性子やγ線の照射による材料劣化及び酸化環境、製造過程においてタイロッドとシースとの溶接によりシースに発生する引張残留応力、タイロッドとシースとの隙間腐食環境の３つの要因が重なっているため、隙間腐食が発生しやすい環境であることが懸念される。
【０００５】
沸騰水型原子炉の原子炉制御棒として用いられている形状の一つに、中性子吸収材となる管状のハフニウム楕円管２枚を、Ｕ字形シースに内包することで１枚のブレードを形成し、このブレード４枚を十字形に組み合わせたものがある。例えば、特許文献１乃至３に記載のような原子炉制御棒であり、これらの原子炉制御棒は、通常、図１及び図２に示すような構造である。
【０００６】
図１及び図２に示す特許文献１乃至３に記載されたハフニウム楕円管を有する沸騰水型原子炉の従来の原子炉制御棒は、十字形の断面形状を有するタイロッド１の上端部にハンドル２が取り付けられ、下端部に下部支持部材３（又は落下速度リミッタ）が取り付けられることにより、フレームと呼ばれる骨格構造が形成される。
【０００７】
このフレームに、タイロッド１の約半分の長さを持ち、かつ、楕円形の断面形状を持つハフニウム楕円管５が、上部ハフニウム５ａとしてハンドル２の舌状部位２ａに取り付けられ、ピン６にて固定される。同様に、下部ハフニウム５ｂが下部支持部材３（又は落下速度リミッタ）の舌状部位３ａに取り付けられ、ピン６にて固定される。
【０００８】
更に、上記の上部ハフニウム５ａ及び下部ハフニウム５ｂは、ステンレス鋼製の概略Ｕ字形の断面形状を持つシース４により内包され、そのシース４の端部がハンドル２、タイロッド１、下部支持部材３（又は落下速度リミッタ）に固定されることにより、一つのブレードを形成している。同様に、他の３つのブレードも、断面形状が概略十字形となるように形成されることにより、原子炉制御棒が構成される。
【０００９】
以上のような、従来の原子炉制御棒が有する形状の特徴の一つとして、シース４とハフニウム楕円管５で形成される隙間構造に着目して、腐食の発生可能性を低減できる構造設計や、なるべく隙間間隔を拡大する方策が検討されている。また、例えば、特許文献４乃至６に記載のように、耐食性の皮膜を材料表面に付与する方法も検討されている。特に、特許文献６には、ハフニウム部材とシースの間に形成された隙間部に面するシース内面に皮膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１０２９９号公報
【特許文献２】特開２００２−７１８６８号公報
【特許文献３】特開平９−６１５７６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４４１９２号公報
【特許文献５】特開２０１０−２１６８８１号公報
【特許文献６】特開２０１０−１６４５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来技術では、タイロッドとシースの溶接部における隙間部での腐食に対する方策の記載は見られない。
【００１２】
更に、原子炉制御棒の特性上、上下方向の動作を繰り返すことでタイロッドに引張応力や圧縮応力が繰り返し付与されること、起動時に室温から３００℃以上まで温度が変動すること及び放射線照射されることにより、表面皮膜のひび割れや剥離が懸念される。表面皮膜にひび割れ等が起きると、その場所は母材が露出するために、腐食が発生しやすくなると共に、表面皮膜と母材の電気化学的特性の優劣から、皮膜を付与しない未処理の場合に比べ、母材の溶解をさらに加速する可能性がある。
【００１３】
また、シースやタイロッドにジルコニウム等の耐食性金属を用いる場合、ステンレス鋼に比べて密度が大きいため、原子炉制御棒全体の重量が増加することで機器仕様を満足しないことが懸念される。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、タイロッドとシースの隙間部で発生が懸念される隙間腐食の発生を抑制することは勿論、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、腐食の発生が抑制できる原子炉制御棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の原子炉制御棒は、上記目的を達成するために、横断面が概略十字形のタイロッドと、該タイロッドの上端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドルに、下端部が前記下部支持部材にそれぞれ取り付けられ、前記タイロッドに取り付けられ、かつ、横断面が概略Ｕ字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる４つのシースと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シースとタイロッドの溶接部近傍に形成される隙間部に、不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が存在するので、この隙間部での隙間腐食の発生が抑制できることは勿論、十分な厚さを設けた皮膜と共に母材内部へも拡散層を付与しているので、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、不働態化を促進する成分が拡散層に存在するので、母材そのものが露出することなく、不働態化により腐食の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の原子炉制御棒を示す構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】原子炉制御棒のシースが受ける中性子照射量の分布を示す説明図である。
【図４】本発明の原子炉制御棒の実施例１を示し、原子炉制御棒の長手方向に垂直な断面のうちタイロッド及びブレード１枚の断面図及びシースとタイロッド溶接部の拡大図である。
【図５】実施例１における原子炉制御棒の製造手順を示す図である。
【図６】ステンレス鋼製の試験片に対する腐食試験後における試験片断面の電子顕微鏡写真である。
【図７】ステンレス鋼製の試験片に対する腐食試験後における試験片内のＣｒ濃度分析を示す図である。
【図８】実施例１で形成された皮膜の模式図である。
【図９】ステンレス鋼製の試験片に対する腐食試験後で発生するひび割れの初期深さの測定結果を示す説明図である。
【図１０】本発明の原子炉制御棒の実施例２を示し、原子炉制御棒の長手方向に垂直な断面のうちタイロッド及びブレード１枚の断面図及びシースとタイロッド溶接部の拡大図である。
【図１１】実施例２における原子炉制御棒の製造手順を示す図である。
【図１２】本発明の原子炉制御棒の実施例３を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
隙間腐食は、放射線照射、残留応力及び隙間構造のどれか１つの要因を除くことにより防ぐことができる。しかし、原子炉制御棒は、原子炉内に配置されることから放射線照射の環境を除くことは困難である。特に、原子炉制御棒は、図３に示すように、中性子吸収材であるハフニウム部材を内部に配置するシース４の上部、即ち、シース４の上端から下端に向かってシース４の全長（Ｌ０）の１/２程度の位置までの領域で高い中性子照射を受ける。
【００１９】
また、従来のハフニウム部材（例えば、ハフニウム楕円管５）を用いた原子炉制御棒では、シース４とハンドル２及びシース４とタイロッド１との溶接に伴い、引張残留応力がシース４の表面に発生する。従来の技術で使用されている構造部材の残留応力を低減させる方法として溶接後の熱処理は、原子炉制御棒の構造や寸法精度の制約上、原子炉制御棒に適用することが困難である。
【００２０】
更に、隙間部の腐食環境は、シース４とタイロッド１との隙間部に、炉心冷却材に含まれる不純物や腐食生成物などが堆積することで、腐食の発生に寄与すると考える。また、シース４とタイロッド１の隙間部に腐食生成物等が堆積すると、隙間幅が狭まり腐食がより発生し易い環境となる。
【００２１】
以上のことから、隙間腐食を抑制するための方策として、本発明者等は、隙間構造が回避できない部位では、腐食環境の経時的な悪化を抑制することが有効で、且つ、シースに引張残留応力が付加された場合でも母材が露出しにくいことが必要であると考えた。
【００２２】
そして、種々の検討を行った結果、本発明者等は、タイロッドとシースが溶接される領域となる隙間部分にのみ、腐食を抑制できる皮膜、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分を含むシースあるいはタイロッドの表面皮膜と、シース母材あるいはタイロッド母材へステンレス鋼の不働態化を促進する成分が含まれる皮膜及び金属の拡散層を付与すれば良いとの発想に至った。
【００２３】
ステンレス鋼の不働態化を促進する金属は、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分で、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００２４】
上記の検討結果を反映した本発明の実施例を、以下に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の原子炉制御棒の実施例１を図４に示す。その概略構成は、図１及び図２で説明した構成と略同一なので、ここでの詳細説明は省略し、本発明に関連する部分のみの説明とする。
【００２６】
図４に示す本実施例では、シース４の端部とタイロッド１の溶接部１０の近傍のシース４とタイロッド１で形成される隙間部のシース内面４ａに、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａと金属の拡散層９ａが形成されている。即ち、シース４とタイロッド１で形成される隙間部のタイロッド１と対向するシース４の表面に、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａが形成され、この皮膜成分７ａが形成されシース４の表層部に拡散層９ａが形成されているもので、これは、拡散層９ａが、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａとシース４の間に形成されていることになる。
【００２７】
製作手順は、先ず、シース４の溶接部１０に相当する部分（図４に示す溶接部１０の端部位置からタイロッド１と対向するシース内面４ａの平行部（長さ（Ｘ）部分）にのみ皮膜成分７aを施工する。この皮膜成分７aが施工されたシース４を、図５に示す如く、中心線（図５（イ）参照）から折り曲げてＵ字形に成型後（図５（ロ）参照）、Ｕ字形の開口部分を、タイロッド１の十字形から四方に伸びる部分に挿入し、両者を溶接する（図５（ハ）参照）。この際は、シース４の端部とタイロッド１は、溶接部１０（図４参照）により固定されている。
【００２８】
上記溶接部１０は、シース４とタイロッド１が混合して溶解した後、凝固しているので、皮膜成分７ａや拡散層９ａは消滅している。しかし、溶接部１０の近傍では、幾何学的な隙間構造が残存するため、この隙間部分に皮膜成分７ａや拡散層９ａが存在していることで、隙間腐食が抑制できる。
【００２９】
ステンレス鋼製のシース４に対する皮膜成分７ａとして、例えば、ステンレス鋼の含有成分であるＣｒを用いることで不働態化を促進する皮膜を形成できる。
【００３０】
図６は、未処理のステンレス鋼試験片と、表面にＣｒ皮膜及び拡散層を蒸着により付与した試験片の腐食試験後の電子顕微鏡による観察写真である。図６の（１）は未処理試験片の顕微鏡写真であり、（Ｂ１）は（Ａ１）の一部を拡大した顕微鏡写真である。一方、図６の（２）はＣｒ付与試験片の顕微鏡写真であり、（Ｂ２）は（Ａ２）の一部を拡大した顕微鏡写真である。腐食試験は、２８８℃の高温水中で歪み量が１５％になるまで低歪速度引張試験（ＳＳＲＴ試験）を実施した。
【００３１】
未処理試験片（１）では、図６の（Ｂ１）に示すように、表面にひび割れが見られ、腐食の痕跡が観察された。一方、Ｃｒ付与試験片（２）では、図５の（Ｂ２）に示すように、形成されたＣｒ皮膜にスジ状の模様が見られたが、ひび割れは発生していなかった。
【００３２】
この試験結果から、不働態化を促進する成分（例えば、Ｃｒ）で皮膜を付与することで、試験片であるステンレス鋼の腐食を抑制できることがわかった。
【００３３】
特に、Ｃｒ付与試験片（２）では、上述したように、スジ状の模様がＣｒ皮膜に発生していたが、Ｃｒ皮膜にひび割れが生じるに至らなかった。この要因は、表面のＣｒ皮膜からＣｒ付与試験片（２）の母材（ステンレス鋼）にかけて、連続的な濃度勾配を有するＣｒ拡散層が付与されているからであると、発明者等は考えた。
【００３４】
そこで、本発明者等は、未処理試験片及びＣｒ皮膜付与試験片のそれぞれの表面付近の断面を化学分析し、Ｃｒ濃度の分布を求めた。得られたＣｒ濃度分布を図７に示す。図７の（１）は、未処理試験片の表面付近でのＣｒ濃度の分布を示しており、図７の（２）は、Ｃｒ皮膜付与試験片の表面付近でのＣｒ濃度の分布を示している。
【００３５】
該図に示す如く、未処理試験片（１）では、Ｃｒ濃度は、表面から深さ方向において、母材のＣｒ濃度で実質的に一様に分布している。一方、Ｃｒ皮膜付与試験片（２）では、Ｃｒ濃度は、Ｃｒ皮膜の表面で最も高く、Ｃｒ皮膜の表面から深さ方向において、Ｃｒ濃度が、Ｃｒ皮膜の表面から５μｍの深さにおける母材のＣｒ濃度まで連続的に低減する濃度勾配を有するＣｒ拡散層が観察される（図７の（２）参照）。
【００３６】
図６の（２）で観察されたスジ状の模様は、Ｃｒ皮膜の割れあるいは剥離によって、Ｃｒ皮膜の厚みが薄くなったと考えられる。しかしながら、本発明者等は、Ｃｒ皮膜よりも母材側にＣｒ拡散層が存在するために、母材が露出することなく、母材に達するひび割れを抑制できたと考えた。
【００３７】
付与されたＣｒ皮膜の模式図を図８に示す。該図の如く、母材であるステンレス鋼板８に複数の皮膜成分７ａが膜状に付与され、Ｃｒ皮膜７の表面からステンレス鋼板８にかけて、連続的な濃度勾配を有する拡散層９ａが付与されていると考える。
【００３８】
隙間腐食発生時に見られるひび割れの深さを測定した結果を、図９に示す。図９に示された測定結果から、腐食の初期段階では、ひび割れがおよそ３μｍ程度から始まることがわかった。そのため、図７の（２）で示したＣｒ皮膜の厚みが３μｍよりも厚いことが望ましく、Ｃｒ皮膜の厚みが５μｍの皮膜であるために、母材のひび割れを抑制できたと言える。
【００３９】
図６では、物理蒸着法、いわゆるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法を用いた。Ｃｒ皮膜７と拡散層９ａを付与するための方法として、硫酸、塩酸、硝酸、ふっ酸及びクロム酸のいずれかの酸に溶解した不働態化を促進する金属の一種であるＣｒを含む溶液を用いることが可能である。Ｃｒを含む溶液として、クロム酸及び硫酸を含むサージュント欲を用いており、クロム酸の濃度は２５０ｇ/Ｌで、硫酸の濃度は２５ｇ/Ｌである。その溶液の温度は４０〜６０℃の範囲内の温度に加熱される。他には、加熱溶解した不働態化を促進する金属を、シースへ吹き付けることでも同様の効果が期待でき、また、上記した複数の方法を組み合わせて適用することも可能である。
【００４０】
このような本実施例によれば、シースとタイロッドの溶接部近傍に形成される隙間部に、不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が存在するので、この隙間部での隙間腐食の発生が抑制できることは勿論、十分な厚さを設けた皮膜と共に母材内部へも拡散層を付与しているので、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、不働態化を促進する成分が拡散層に存在するので、母材そのものが露出することなく、不働態化により腐食の発生を抑制できる。
【実施例２】
【００４１】
図１０に、本発明の原子炉制御棒の実施例２を示す。図１に示した実施例１と同一部品には同符号を使用して説明する。
【００４２】
図１０に示す本実施例では、シース４の端部とタイロッド１の溶接部１０の近傍のシース４とタイロッド１で形成される隙間部のタイロッド外面１ａに、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂと金属の拡散層９ｂが形成されている。即ち、シース４とタイロッド１で形成される隙間部のシース４と対向するタイロッド１の表面に、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂが形成され、この皮膜成分７ｂが形成されタイロッド１の表層部に拡散層９ｂが形成されているもので、これは、拡散層９ｂが、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂとタイロッド１の間に形成されていることになる。
【００４３】
製作手順は、図１１に示す如く、先ず、折り曲げてＵ字形に成型したシース４（図１１（イ）参照）の溶接部１０に相当する部分（図１０に示す溶接部１０の端部位置からシース４と対向するタイロッド外面１ａの平行部（長さ（Ｙ）部分）にのみ皮膜成分７ｂを施工する。この皮膜成分７ｂが施工されたタイロッド１（図１１（ロ）参照）に、シース４のＵ字形の開口部分を、タイロッド１の十字形から四方に伸びる部分に挿入し、両者を溶接する（図１１（ハ）参照）。この際は、シース４の端部とタイロッド１は、溶接部１０（図１０参照）により固定されている。
【００４４】
本実施例でも実施例１と同様に、溶接部１０は、シース４とタイロッド１が混合して溶解した後、凝固しているので、皮膜成分７ｂや拡散層９ｂは消滅している。しかし、溶接部１０の近傍では、幾何学的な隙間構造が残存するため、この隙間部分のタイロッド１側に皮膜成分７ｂや拡散層９ｂが存在していることで、隙間腐食を抑制できる。
【００４５】
ステンレス鋼製のタイロッド１に対する皮膜成分７ｂとして、例えば、ステンレス鋼の含有成分であるＣｒを用いることで不働態化を促進する皮膜を形成できる。
【００４６】
このような本実施例の構成とすることにより、上述した実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４７】
図１２に、本発明の原子炉制御棒の実施例３を示す。該図に示す本実施例では、シース４のハンドル２側の一端と、この一端からシース４の下部支持部材３側の他端に向かってシース４の軸方向における全長の１/２以下の位置との間の領域に、上述した実施例１の構成若しくは実施例２の構成を適用したものである。
【００４８】
即ち、ハフニウム楕円管５の上端から全長Ｌ０の２分の１の範囲のシース４の端部とタイロッド１の溶接部１０の近傍のシース４とタイロッド１で形成される隙間部に、シース４若しくはタイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａ（又は７ｂ）と金属の拡散層（図示せず）が形成されたシース４を有する原子炉制御棒としたものである。
【００４９】
このような本実施例の構成とすることにより、上述した実施例１及び２と同様な効果を得ることができることは勿論、ハフニウム楕円管５の上端から全長Ｌ０の２分の１の範囲は、原子炉で使用中に受ける中性子照射量が高い部分であり、この範囲にのみ限定して表面処理を施工することが可能で、範囲を限定することで製造コストを抑制できる効果がある。また、皮膜成分７ａ（又は７ｂ）を施工した後に、皮膜を損傷したり、溶解したりすることが無ければ、フェライトの他にも、貴金属の表面処理を用いることもできる。
【００５０】
尚、特に図示して説明しないが、実施例１と実施例２を適用し、シース４側とタイロッド１側のどちらにも皮膜成分を形成するようにしても良い。つまり、図４の構成に加え、シース４の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ａが形成されているタイロッド１の表層部に、金属の拡散層を形成してもよいし、図１０の構成に加え、タイロッド１の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分７ｂが形成されているシース１の表層部に、金属の拡散層を形成してもよい。
【００５１】
また、上述した各実施例では、シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層としてＣｒを例にして説明したが、Ｃｒ以外に、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも１種を含む金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層としても良いことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、原子力プラントで用いられているステンレス鋼製の制御棒を初め、炉内構造物や炉内機器に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…タイロッド、１ａ…タイロッド外面、２…ハンドル、２ａ…ハンドルの舌状部位、３…下部支持部材（又は落下速度リミッタ）、３ａ…下部支持部材の舌状部位、４…シース、４ａ…シース内面、５…ハフニウム楕円管、５ａ…上部ハフニウム、５ｂ…下部ハフニウム、６…ピン、７…Ｃｒ皮膜、７ａ、７ｂ…皮膜成分、８…ステンレス鋼板、９ａ、９ｂ…拡散層、１０…溶接部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が概略十字形のタイロッドと、該タイロッドの上端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドルに、下端部が前記下部支持部材にそれぞれ取り付けられ、前記タイロッドに取り付けられ、かつ、横断面が概略Ｕ字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる４つのシースと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、
前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項２】
請求項１に記載の原子炉制御棒において、
前記隙間部の前記タイロッドと対向する前記シースの表面に、該シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成され、該皮膜が形成されている前記シースの表層部に、前記金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項３】
請求項２に記載の原子炉制御棒において、
前記金属の拡散層が、前記シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜と前記シースの間に形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の原子炉制御棒において、
前記シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成されている前記タイロッドの表層部に、金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項５】
請求項１に記載の原子炉制御棒において、
前記隙間部の前記シースと対向する前記タイロッドの表面に、前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成され、該皮膜が形成されている前記タイロッドの表層部に、前記金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項６】
請求項５に記載の原子炉制御棒において、
前記金属の拡散層が、前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜と前記タイロッドの間に形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の原子炉制御棒において、
前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成されている前記シースの表層部に、金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の原子炉制御棒において、
前記シースの前記ハンドル側の一端と、この一端から前記シースの前記下部支持部材側の他端に向かって前記シースの軸方向における全長の１/２以下の位置との間の領域で、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項９】
請求項1乃至８に記載の原子炉制御棒において、
前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属は、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分で、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも１種を含むことを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の原子炉制御棒において、
前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜は、厚さが３μｍ以上であることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項１】
横断面が概略十字形のタイロッドと、該タイロッドの上端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドルに、下端部が前記下部支持部材にそれぞれ取り付けられ、前記タイロッドに取り付けられ、かつ、横断面が概略Ｕ字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる４つのシースと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、
前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項２】
請求項１に記載の原子炉制御棒において、
前記隙間部の前記タイロッドと対向する前記シースの表面に、該シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成され、該皮膜が形成されている前記シースの表層部に、前記金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項３】
請求項２に記載の原子炉制御棒において、
前記金属の拡散層が、前記シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜と前記シースの間に形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の原子炉制御棒において、
前記シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成されている前記タイロッドの表層部に、金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項５】
請求項１に記載の原子炉制御棒において、
前記隙間部の前記シースと対向する前記タイロッドの表面に、前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成され、該皮膜が形成されている前記タイロッドの表層部に、前記金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項６】
請求項５に記載の原子炉制御棒において、
前記金属の拡散層が、前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜と前記タイロッドの間に形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の原子炉制御棒において、
前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成されている前記シースの表層部に、金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の原子炉制御棒において、
前記シースの前記ハンドル側の一端と、この一端から前記シースの前記下部支持部材側の他端に向かって前記シースの軸方向における全長の１/２以下の位置との間の領域で、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項９】
請求項1乃至８に記載の原子炉制御棒において、
前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属は、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分で、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも１種を含むことを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の原子炉制御棒において、
前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜は、厚さが３μｍ以上であることを特徴とする原子炉制御棒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９２４８２（Ｐ２０１３−９２４８２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５５２７（Ｐ２０１１−２３５５２７）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
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