原子炉制御棒
【課題】シースの隙間腐食をさらに抑制することができる原子炉制御棒を提供する。
【解決手段】横断面が十字形の原子炉制御棒は、タイロッドから四方に伸びる４枚のブレード２を有する。各ブレード２は、Ｕ字状の横断面を有するシース６内にハフニウム部材３Ｕを配置する。Ｃｒ層１４がシース６の内面に形成され、Ｃｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面に形成されている。この原子炉制御棒が、原子炉圧力容器内に配置されて原子炉が運転されているとき、シース６とハフニウム部材３Ｕの間、具体的には、Ｃｒ２Ｏ３層１５とハフニウム部材３Ｕの間に形成された隙間１６内を炉水が上昇する。この炉水は、Ｃｒ２Ｏ３層１５の表面と接触し、シース６とは接触しない。このため、Ｃｒ２Ｏ３層１５にひび割れが発生し、またはＣｒ２Ｏ３層１５の一部が剥離しても、Ｃｒ層１４の存在により炉水がシース６に接触しない。
【解決手段】横断面が十字形の原子炉制御棒は、タイロッドから四方に伸びる４枚のブレード２を有する。各ブレード２は、Ｕ字状の横断面を有するシース６内にハフニウム部材３Ｕを配置する。Ｃｒ層１４がシース６の内面に形成され、Ｃｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面に形成されている。この原子炉制御棒が、原子炉圧力容器内に配置されて原子炉が運転されているとき、シース６とハフニウム部材３Ｕの間、具体的には、Ｃｒ２Ｏ３層１５とハフニウム部材３Ｕの間に形成された隙間１６内を炉水が上昇する。この炉水は、Ｃｒ２Ｏ３層１５の表面と接触し、シース６とは接触しない。このため、Ｃｒ２Ｏ３層１５にひび割れが発生し、またはＣｒ２Ｏ３層１５の一部が剥離しても、Ｃｒ層１４の存在により炉水がシース６に接触しない。
【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、沸騰水型原子炉に適用する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部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その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、隙間部は、腐食反応が継続しやすい環境になると考えられる。
【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、構造部材の残留応力及び隙間の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さら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、原子炉制御棒のシースでは、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及びγ線の照射によるシースの劣化及びこのシースに接触する酸化環境、製造過程においてシースとタイロッド、シースとハンドルとの溶接によりシースに発生する引張残留応力、シースと中性子吸収部材であるハフニウム楕円管との間に形成される隙間腐食環境の３つの要因が重なっている。このため、シースとハフニウム楕円管との間は、原子炉制御棒のシース内面に隙間腐食が生じやすい環境にあることが懸念される。
【０００５】
沸騰水型原子炉で用いられる原子炉制御棒として、シース内に、中性子吸収部材である管状の複数のハフニウム楕円管を配置してブレードを構成し、４枚のブレードを、タイロッドを中心に十字形に配置した原子炉制御棒がある。このような原子炉制御棒が、例えば、特開平２−１０２９９公報、特開２００２−７１８６８号公報、特開平９−６１５７６号公報及び特開２００２−７１８６８号公報に記載されている。
【０００６】
これらの公開公報に記載された、ハフニウム楕円管を有する従来の原子炉制御棒は、以下の構成を有する。原子炉制御棒は、横断面形状が十字形になっており、タイロッドに取り付けられたＵ字状のシースを有する。ハンドルがタイロッドの上端部に取り付けられ、下部支持部材がタイロッドの下端部に取り付けられる。シースの上端がハンドルに取り付けられ、シースの下端が下部支持部材に取り付けられる。上部ハフニウム楕円管及び上部ハフニウム楕円管の下方に配置された下部ハフニウム楕円管が、シース内に配置される。上部ハフニウム楕円管の上端部が、ハンドルに設けられた舌状部に取り付けられる。下部ハフニウム楕円管の下端部が、下部支持部材に設けられた他の舌状部に取り付けられる。各ハフニウム楕円管とシースの内面の間には、隙間（例えば、０．１〜０．２ｍｍ）が形成される。シースには、その隙間に連絡される複数の開口部が形成される。
【０００７】
原子炉制御棒が炉心に挿入されている原子炉の運転中において、炉心内を流れる冷却水が、その開口部を通して、各ハフニウム楕円管とシースの内面の間に形成された隙間に導入され、隙間内を上昇して流れる。中性子を吸収して温度が上昇したそれぞれのハフニウム楕円管が、その冷却水によって冷却される。すなわち、ハフニウム楕円管が冷却水によって冷却される。ハフニウム楕円管とシース内面の間に形成された隙間内でも沸騰が生じる。この隙間の幅が原子炉の運転中に変化し、隙間内での冷却水の流動が妨げられる可能性がある。
【０００８】
沸騰水型原子炉の炉心近傍では、冷却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るので、冷却水は、酸素及び過酸化水素などの酸化剤を含んでいる。これらの酸化剤は、原子炉制御棒のシース内に形成される隙間内に存在する冷却水にも含まれる。冷却水に含まれる酸化剤は、シース表面から電子を奪い、最終的には水に還元される。原子炉制御棒の隙間においては、冷却水量及び冷却水の放射線吸収線量が少ないために、酸化剤の生成量が少なく、また、酸化剤が還元反応によって消費されるために、酸化剤の濃度が隙間外（例えば、原子炉制御棒外）よりも低くなっている。このため、酸化剤がシース表面から電子を奪う還元反応は、その隙間内では少なく、それ以外のバルクの冷却水に接している部位では多くなる。
【０００９】
一方、還元反応の対反応として酸化反応が生じる。主たる酸化反応は、シースを構成する材料がイオン化して溶出する反応である。この酸化反応により、シースにＦｅ３Ｏ４、またはＦｅ２Ｏ３が生成され、やがて、シース表面に酸化皮膜が形成される。前述したように、酸化剤は冷却水の放射線分解によって生成されるので、冷却水の容積が小さい隙間においては、冷却水が低酸素濃度になるため、隙間に対向するシース内面では酸化皮膜の成長が妨げられる。一方、それ以外の部位では酸化皮膜が成長して酸化皮膜の厚みが厚くなる。従って、隙間において、シースの母材のイオン化及び溶出が容易に生じる。これにより隙間内外で酸素濃淡電池が形成され、シースの、隙間に面する部位がアノードに、これ以外の部位がカソードに固定されて腐食が進行するマクロセルが形成され、アノードとなった隙間に面するシースの内面に、シースの母材が溶出する腐食が発生する可能性がある。このように、アノードとカソードが分離して特定部位のみが選択的に腐食される形態の腐食は、「マクロセル腐食」と呼ばれる。
【００１０】
以上の説明をまとめると、原子炉の起動直後では、原子炉制御棒のシース全表面に酸化皮膜が形成されていないために、シースは全面腐食の形態をとるが、原子炉の定格運転中では、前述した冷却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箇所において酸化皮膜が生成される。このため、原子炉の定格運転が継続されると、原子炉制御棒のシース表面に酸化皮膜が形成されるが、ハフニウム（中性子吸収部材）とシースの間に形成された隙間において冷却水の流動が著しく滞る箇所が生じた場合には、隙間に面するシース内面とそれ以外の部位で酸化皮膜の厚さに差異を生ずる可能性がある。このために、酸化皮膜が薄い、隙間に対向するシース内面のみで選択的に溶出する隙間腐食が生じる可能性がある。
【００１１】
原子炉制御棒内に形成された隙間に面するシース内面に生じる隙間腐食を抑制するための技術が、特開２０１０−５４３９４号公報に記載されている。この原子炉制御棒では、シースの内面とシース内に配置した中性子吸収部材であるハフニウム部材の間に形成された隙間を、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定している。
【００１２】
また、例えば、特開２００９−１８６３４６号公報、特開２０１０−２１６８８１号公報及び特開２０１０−１６４５０８号公報に記載されたように、原子炉制御棒の構造部材の表面に耐食性の皮膜を形成する方法も検討されている。特開２００９−１８６３４６号公報は、ハフニウム楕円管に対向するシースの内面に酸化皮膜を形成することを記載している。特開２０１０−２１６８８１号公報には、シース内に配置されるハフニウム部材の片面または両面をジルコニウムまたはジルコニウム合金で被覆することを記載している。特開２０１０−１６４５０８号公報には、原子炉制御棒のシース（ステンレス鋼製）における隙間腐食を防止するために、ハフニウム楕円管に対向するシースの内面に、Ｃｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれかの皮膜を形成することを記載している。
【００１３】
原子力プラントの原子炉圧力容器に連絡されるステンレス鋼製の配管内面にフェライト皮膜を形成することによって、配管内面への放射性核種の付着を抑制する方法が、特開２００６−３８４８３号公報及び特開２００７−１９２７４５号公報に提案されている。さらに、特開２００１−９１６８８号公報は、原子力プラントの構成部材の応力腐食割れを抑制するために、その構成部材の冷却水と接触する表面に、亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ２Ｏ４）及びクロム酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）が混在する亜鉛とクロムの複合酸化物層を形成することを記載している。特開２０００−３５２５９７号公報は、原子力プラントの構成部材に含まれるＣｒを安定化することを記載しており、このＣｒの安定化によって、構成部材の応力腐食割れ感受性を緩和し、構成部材の腐食の抑制を図っている。腐食の抑制は、定期検査時における被ばく線量を低減することができる。そのＣｒの安定化は、構成部材の表面にＭＣｒ２Ｏ４の形態（ＭはＺｎ，Ｎｉ，Ｆｅ及びＣｏのうちの１種あるいは複数種の混合）の化合物を形成することを提案している。ＭＣｒ２Ｏ４、例えば、ＦｅＣｒ２Ｏ４の構成部材表面への形成方法として、めっき、塗装、ライニング、溶射、プレーティング、プレフィルミング、研磨の表面処理のいずれかまたは複数を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平２−１０２９９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２００２−７１８６８号公報
【特許文献５】特開２０１０−５４３９４号公報
【特許文献６】特開２０１０−２１６８８１号公報
【特許文献７】特開２００９−１８６３４６号公報
【特許文献８】特開２０１０−１６４５０８号公報
【特許文献９】特開２００６−３８４８３号公報
【特許文献１０】特開２００７−１９２７４５号公報
【特許文献１１】特開２００１−９１６８８号公報
【特許文献１２】特開２０００−３５２５９７号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Computer Calculated Potential pH Diagrams to 300℃ Volume2: Handbook of Diagrams, Electric Power Research Institute, (1983)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
原子炉内に配置されて炉心に出し入れされる原子炉制御棒では、上下方向の動作を繰り返すためにブレードに引張応力及び圧縮応力が繰り返し付与され、また、原子炉の起動時においてシース内のハフニウム楕円管の表面温度が室温から３００℃以上まで変動する。さらには、その原子炉制御棒には放射線が照射される。このため、例えば、特開２００９−１８６３４６号公報及び特開２０１０−１６４５０８号公報に記載されたように、シースの内面に皮膜が形成された場合には、この皮膜でのひび割れの発生、及びこの皮膜のシースからの剥離が懸念される。
【００１７】
シース内面に形成された皮膜にひび割れ等が発生した場合には、皮膜にひび割れ等が生じた位置でシースの母材が露出するために、その位置において母材に腐食が発生しやすくなると共に、皮膜と母材の電気化学的特性の優劣から、皮膜を付与しない場合に比べ、母材の溶解をさらに加速する可能性がある。また、シースそのものにジルコニウム等の耐食性金属を用いる場合、ジルコニウムは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。
【００１８】
本発明の目的は、シースの隙間腐食をさらに抑制することが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】
【００１９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ハンドル、下部支持部材及びタイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしている、タイロッドから四方に伸びる４つのシース、及びそれぞれのシース内に配置された中性子吸収部材とを備え、金属クロム層がシースの内面に形成されており、Ｃｒ２Ｏ３層がその金属クロム層の表面に形成されて中性子吸収部材に対向していることにある。
【００２０】
Ｃｒ２Ｏ３層とシースの間に金属クロム層が形成されているので、Ｃｒ２Ｏ３層にひび割れが発生してもまたはＣｒ２Ｏ３層の一部が剥離しても、金属クロム層の存在によりシースが冷却水に曝されることがなく、シースの隙間腐食をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、本発明によれば、原子炉制御棒において、シースの隙間腐食をさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の原子炉制御棒の構成図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII部の拡大図である。
【図４】実施例１の原子炉制御棒の製造工程のフローチャートである。
【図５】図４に示すＣｒ層形成工程における原子炉制御棒のシース内面へのＣｒ層形成を説明する説明図である。
【図６】図４に示すＣｒ２Ｏ３層形成工程における原子炉制御棒のシース内面へのＣｒ２Ｏ３層の形成を説明する説明図であり、（Ａ）はそのＣｒ２Ｏ３層の形成に用いられるＣｒ２Ｏ３層形成装置の構成及びこのＣｒ２Ｏ３層形成装置を用いたＣｒ２Ｏ３層の形成を示す説明図、（Ｂ）はＣｒ２Ｏ３層形成装置の環状ノズルをシースの内面間に挿入した状態を示す説明図である。
【図７】図４に示す原子炉制御棒の組み立ての工程図である。
【図８】ステンレス鋼に含まれる元素の、脱気純水に浸漬されたステンレス鋼のアノード分極曲線への影響を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例２の原子炉制御棒のシース内面へのＣｒ２Ｏ３層の形成を説明する説明図であり、（Ａ）はそのＣｒ２Ｏ３層の形成に用いられる他のＣｒ２Ｏ３層形成装置の構成及びこのＣｒ２Ｏ３層形成装置を用いたＣｒ２Ｏ３層の形成を示す説明図、（Ｂ）は他のＣｒ２Ｏ３層形成装置の環状ノズルをシースの内面間に挿入した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明者らは、特開２００９−１８６３４６号公報及び特開２０１０−１６４５０８号公報に記載されたシースの内面に形成された皮膜（酸化皮膜またはＣｒ等の皮膜）でひび割れが発生し、またはこの皮膜がシース内面から剥離された場合においても、シースの母材の腐食を抑制できる対策について、検討を行った。
【００２４】
その検討に際して、発明者らが行った実験について説明する。水溶液に浸漬された金属部材の腐食反応は、金属部材と水溶液に含まれる成分との間での電荷の授受である。腐食は、（１）式に従って、金属部材に含まれる金属Ｍが金属イオンＭｎ＋となって金属部材に接触する液相に溶出する事象である。
【００２５】
Ｍ → Ｍｎ＋ ＋ ｎｅ− （１）
よって、金属部材表面の固液界面における電荷の授受の量を電流として評価することにより、金属部材の腐食速度の大小を判断することができる。そこで、沸騰水型原子炉内の温度を模擬した純水に浸漬された金属部材表面における水との電荷授受のしやすさが、金属部材を構成する元素によってどのような影響を受けるかについて検討した。具体的には、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉内を模擬した温度で酸化剤を含まない純水に、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼及びＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼のそれぞれの試験片を浸漬させ、これらの試験片のアノード分極曲線を測定した。さらに、それらステンレス鋼の腐食特性の支配因子を調べるために、各ステンレス鋼を構成する元素であるＦｅ，Ｎｉ及びＣｒのそれぞれのアノード分極曲線を測定し、各ステンレス鋼の腐食特性と比較した。
【００２６】
アノード分極曲線を測定する実験は、ＢＷＲの炉内環境を模擬した条件を満たして行った。すなわち、導電率０．１μＳ・ｃｍ−１以下の純水を用い、沸騰を防ぐためにその純水を８ＭＰａに加圧し、純水の温度を２８０℃に保持し、この純水を、試験片を収納した高温槽内に導いた。試験片として、市販のＳＵＳ３０４ステンレス鋼、ＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼、純Ｆｅ、純Ｎｉ、及び純Ｃｒで別々に製作されたそれぞれの試験片を用い、それぞれの試験片を高温槽内で上記した条件の純水に浸漬した。材質の異なる上記の５種類のそれぞれの試験片をそれぞれ作成し、上記の条件で実験を行った。アノード分極曲線の測定は、ポテンショスタットを用いて、純水に浸漬したそれぞれの試験片に電位を印加し、その時々の電流を測定することにより行った。
【００２７】
アノード分極曲線測定結果であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼、ＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼、純Ｆｅ、純Ｎｉ、及び純Ｃｒのそれぞれのアノード分極曲線を図８に示している。図８には、Computer Calculated Potential pH Diagrams to 300℃ Volume2: Handbook of Diagrams, Electric Power Research Institute, (1983)に記載された、５７３Ｋ、ｐＨ５．６の純水中におけるＦｅ，Ｎｉ及びＣｒのそれぞれの安定化学種の、腐食電位に依存する形態の変化を併せて示した。Computer Calculated Potential pH Diagrams to 300℃ Volume2: Handbook of Diagrams, Electric Power Research Institute, (1983)によれば、金属部材の腐食電位に依存して、ＦｅはＦｅ３Ｏ４，Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅＯ４２−と変化し、ＣｒはＣｒ２Ｏ３，Ｃｒ（ＯＨ）３及びＣｒ２Ｏ７２−と変化し、ＮｉはＮｉＯ及びＮｉ３Ｏ４と変化する。
【００２８】
アノード分極曲線の電流密度（図８の縦軸）は、（１）式に従って単位時間・単位面積当たりに試験片の表面からイオン化して液相に溶出する金属の量、すなわち単位面積当たりの金属の溶出速度を示している。図８の横軸の腐食電位は腐食環境強度の指標であるので、図８に示された各金属の溶出速度の電位依存性は、試験片の腐食環境強度と腐食特性を関連付ける特性を表している。
【００２９】
比較検討の結果、図８に示した２種類のステンレス鋼の腐食特性は、主としてＣｒの溶出挙動が支配的であり、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍でのみＦｅに起因したピークが重畳しているということが分かった。Ｃｒの溶出挙動は、約−０．１Ｖｖｓ．ＳＨＥを境にして変化しており、−０．１Ｖｖｓ．ＳＨＥ以上では過不働態溶解によって溶出速度を高める反面、−０．１Ｖｖｓ．ＳＨＥ未満ではＣｒ２Ｏ３が安定なため溶出速度を低下させる。
【００３０】
原子炉制御棒内に形成された隙間では、前述のように酸素及び過酸化水素が生成しにくく、また、バルクで生成したそれら酸化剤がその隙間内に拡散する過程で還元反応を生じて消費されるために、その隙間は低酸化種濃度状態にある。したがって、ステンレス鋼製のシースの、その隙間に面している部位は、図８における自然浸漬電位（約−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥ）に近い低電位にあるものと考えられる。一方、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面していない部位での電位は、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面していない部位よりも高い電位になっているものと考えられる。これは、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面していない部位（例えば、シース外面）に接触する冷却水に含まれる酸素及び過酸化水素のそれぞれの濃度が、その隙間内を流れて、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面している部位（シース内面）に接触する冷却水に含まれる酸素及び過酸化水素のそれぞれの濃度よりも高いためである。したがって、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面している部位が活性態となり、この部位では選択的に腐食が進行するマクロセル腐食が生じる。
【００３１】
原子炉制御棒のシース内に配置されたハフニウム部材の熱膨張などにより隙間の幅が減少して、隙間内の冷却水の酸素及び過酸化水素の各濃度が低下してシース内面の腐食電位が−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍まで低下したとき、ステンレス鋼製のシースの内面に酸化皮膜が形成されていない状態では、シースの内面が活性態となり、シース内面の腐食速度がＦｅの溶出に起因する高い値を示す。これに対し、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍における本来のＣｒの溶出特性は、Ｃｒ２Ｏ３が安定に存在できる腐食電位域での特性となる。以上のことから、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面している部位では酸化が進みにくいために、本来安定に存在できるＣｒ酸化物が形成されにくいことが、マクロセル腐食の原因であると発明者らは考えた。
【００３２】
活性態におけるステンレス鋼の電流密度は約５μＡ・ｃｍ−２であるが、同電位域におけるＣｒの電流密度は、０．２μＡ・ｃｍ−２であり、ステンレス鋼の電流密度の１／２５と非常に低い値になる。このため、発明者らは、原子炉制御棒が原子炉圧力容器内に設置される前に、中性子吸収部材（例えば、ハフニウム部材）に面するシースの内面に、予めＣｒ２Ｏ３皮膜を形成することによって、隙間内の冷却水の酸素及び過酸化水素の各濃度が低下する隙間環境が形成されたとしても、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍の活性態におけるシース内面の電流密度が、５μＡ・ｃｍ−２から０．２μＡ・ｃｍ−２に約１／２５に低減され、必然的にシース内面の腐食速度も低減できることを見出した。さらに、純Ｃｒの特性上、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍の電位ではＣｒ２Ｏ３が安定であるために、Ｃｒ２Ｏ３層よりも母材側にＣｒ層を設けておくことで、機械的原因等によってＣｒ２Ｏ３層が喪失した場合でも、Ｃｒ２Ｏ３層とシースの間にＣｒ層を形成することにより、Ｃｒ２Ｏ３層の喪失した部分を回復することができ、より長期間に亘ってシースの耐食性を担保することができることを発明者らは見出した。
【００３３】
以上の検討により、発明者らは、原子炉制御棒の製造時に、シース内に配置される中性子吸収部材に面しているシースの内面に、予めＣｒ層を形成し、さらに形成されたＣｒ層の表面にＣｒ２Ｏ３層を形成することによって、Ｃｒ層及びＣｒ層上のＣｒ２Ｏ３層を含む複合皮膜をシース内面に形成することを思い至った。この構成において、（ａ）シースの接液面におけるＣｒ２Ｏ３層の形成が、中性子吸収部材とシース内面の間に形成される隙間を流れる冷却水へのシース内面からの単位時間あたりの金属の溶出量、すなわち、シースの腐食速度を低減させ、また、（ｂ）Ｃｒ２Ｏ３層とシースの間における金属Ｃｒ層の形成が、外側のＣｒ２Ｏ３層の溶解、剥離、またはその他の理由による喪失時においても、シース内面に形成されたＣｒ層の表面にＣｒ層のＣｒを用いてＣｒ２Ｏ３層を回復させる。このため、シースの耐食性を維持することができ、隙間腐食の抑制及び腐食速度の低減が実現できる。
【００３４】
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】
【００３５】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子炉制御棒を、図１、図２及び図３を用いて説明する。本実施例の原子炉制御棒１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる制御棒である。
【００３６】
原子炉制御棒１は、横断面が十字形をしており、軸心にタイロッド７が配置されてこのタイロッド７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７の上端部に取り付けられ、下部支持部材８がタイロッド７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。複数のローラ４が回転可能に下部支持部材８に取り付けられる。これらのローラ４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、原子炉制御棒１を燃料集合体間で円滑に移動させる機能を有する。
【００３７】
各ブレード２は、横断面がＵ字状をしているステンレス鋼（ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６Ｌ等）製のシース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１参照）。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）１３が軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。これらのタブ１３は、シース６の一部であるが、タイロッド７側に向かって突出している部分である。これらのタブ１３は溶接にてタイロッド７の側面に接合されている。上記したシース６とタイロッド７、ハンドル５及び下部支持板８とのそれぞれの接合は、例えば、レーザ溶接によって行われる。
【００３８】
１つのブレード２のシース６内に形成される空間内で原子炉制御棒１の軸方向に、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、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌの軸方向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１０Ｕにピン１１Ｕ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１０Ｌにピン１１Ｌで取り付けられている。このように、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が下部支持板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（図示せず）が形成されている。
【００３９】
１つのブレード２の横断面（図１のII−II断面）において、２つのハフニウム部材３Ｕは、シース６内で互いに並列に配置され、かつタイロッド４と並列に配置される（図２参照）。２つのハフニウム部材３Ｌも、ハフニウム部材３Ｕと同様に、シース６内で互いに並列に配置され、かつタイロッド４と並列に配置される。
【００４０】
Ｃｒ層（Ｃｒ皮膜）１４がシース６の内面を覆うようにシース６の内面に形成される。Ｃｒ２Ｏ３層（Ｃｒ２Ｏ３皮膜）１５がＣｒ層１４の表面を覆うようにＣｒ層１４の表面に形成される。シース６の内面には、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５がハフニウム部材３Ｕ，３Ｌに向かってこの順番で形成されている。実質的に、Ｃｒ２Ｏ３層１５がハフニウム部材３Ｕ，３Ｌと対向している。シース６の内面、具体的にはＣｒ２Ｏ３層１５とハフニウム部材３Ｕ，３Ｌの間に、冷却水が流れる隙間１６が形成される（図３参照）。
【００４１】
複数の開口９Ｕがシース６の上部に形成され、複数の開口９Ｌがシース６の下部に形成される。また、複数の開口１２Ｕが各ハフニウム部材３Ｕに形成され、複数の開口１２Ｌが各ハフニウム部材３Ｌに形成される。
【００４２】
Ｃｒ皮膜６ａ及びＣｒ拡散層が形成されたシース６を有する原子炉制御棒１の製造方法を、図３を用いて説明する。シース部材の表面に、表面処理によりＣｒ皮膜及びＣｒ拡散層を形成する（ステップ１）。シース６の母材であるステンレス鋼製の板状のシース部材６ｂの一方の表面（片面）にＣｒ皮膜６ａを形成する。Ｃｒ皮膜６ａは、ステンレス鋼の不働態化を促進する金属を含む皮膜である。Ｃｒ皮膜６ａのシース部材６ｂの片面への形成は以下のように行われる。
【００４３】
本実施例の原子炉制御棒１の製造方法を、図４、図５、図６及び図７を用いて説明する。
【００４４】
まず、シースを加工する（ステップＳ１）。シース６の素材であるステンレス鋼板に複数の開口９Ｕ，９Ｌを加工し、その後、このステンレス鋼をＵ字状に折り曲げてシース６を製作する。シースの表面に対して活性化処理を行う（ステップＳ２）。シース６表面の活性化処理は、シース６の表面に形成された不働態皮膜を除去する処理である。シース６の表面に形成された不働態皮膜の除去は、例えば、シュウ酸水溶液及び過マンガン酸カリウム水溶液を用いて行われる。最初に、シュウ酸水溶液を不働態皮膜が形成されたシース６の表面に接触させ、その後、過マンガン酸カリウム水溶液をその表面に接触させて不働態皮膜を除去する。シースを洗浄し（ステップＳ３）、シースを乾燥させる（ステップＳ４）。不働態皮膜を除去したシース６の表面を純水で洗浄する。洗浄されたシース６の表面に空気を吹き付けてシース６を乾燥させる。吹き付けられる空気は、温風でも良い。
【００４５】
シース表面にＣｒ層を形成する（ステップＳ５）。乾燥されたシース６の内面にＣｒ層（Ｃｒ皮膜）１４を形成する（図４参照）。シース６の内面へのＣｒ層（金属ＣＲ層）１４の形成は、図５に示すＣｒ層形成装置２０を用いて行われる。Ｃｒ層形成装置２０は、電解槽２１、電極２２、電源２３及び配線２４を有する。電極２２は配線２４Ａにより電源２３に接続され、他の配線２４Ｂも電源２３に接続される。
【００４６】
Ｕ字状に折り曲げられているシース６を、電解槽２１内に満たされたＣｒめっき液２５に浸漬する。配線２４Ａにより電源２３に接続された電極２２が、シース６の折り曲げられた側壁間に配置され、電源２３に接続された配線２４Ａがシース６の折り曲げ部に接続される。この状態で、電源２３から電極２２に配線２４を通して電流が供給される。この電流は、電極２２とシース６の折り曲げられたそれぞれの側壁間の間隙６Ａに存在するＣｒめっき液２５を通してシース６に向かって流れ、配線２４Ｂを通して電源２３に戻る。電流の供給により、Ｃｒめっき液２５に含まれるＣｒがシース６の内面に付着し、シース６の内面を覆うＣｒ層１４がシース６の内面に形成される。シース６の内面に一様に所望の厚さ（例えば、２０μｍ）のＣｒ層１４が形成できる、電極２２に供給する電流の値及び電流の供給時間を、予め実験によって求めておき、シース６の内面にＣｒ層１４を形成するときには、その供給時間の間、その電流値の電流を電極２２に供給する。ステップＳ５で形成されたＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを用いてステップＳ８でＣｒ２Ｏ３層１５を生成することを考慮し、ステップＳ５でシース６の内面に形成するＣｒ層１４の厚みは、実際に必要なＣｒ層１４の厚み（例えば、１０μｍ）よりも厚くする。
【００４７】
本実施例では、電解めっきによりシース６の内面にＣｒ層を形成しているが、電解めっきの替りに、無電解めっき、物理蒸着法、化学蒸着法、溶射及びコールドスプレイのうちのいずれかによりってシース６の内面にＣｒ層を形成してもよい。
【００４８】
Ｃｒ層の形成後に、ステップＳ３と同様にシースを洗浄し（ステップＳ６）、ステップＳ４と同様にシースを乾燥させる（ステップＳ７）。
【００４９】
Ｃｒ２Ｏ３層を形成する（ステップＳ８）。ステップＳ７におけるシース６の乾燥が終了した後に、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層（Ｃｒ２Ｏ３皮膜）１５を形成する。このＣｒ２Ｏ３層１５の形成は、図６に示す酸化クロム層形成装置３０を用いて行われる。
【００５０】
酸化クロム層形成装置３０は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、管状ノズル３１、ガイドレール３３、走行装置３４、加熱装置３５及びガスボンベ３６を備えている。走行装置３４はガイドレール３３に沿って移動可能である。複数の噴出孔３２が形成されたステンレス鋼製の管状ノズル３１が、走行装置３４に取り付けられ、下方に向かって伸びている。管状ノズル２４に接続された可撓性の流体搬送管３７が、加圧された空気が蓄えられたガスボンベ３６に接続される。加熱装置３５が流体搬送管２９に設けられる。管状ノズル３１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。
【００５１】
内面にＣｒ層１４が形成されたシース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３３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３３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３４に取り付けられた管状ノズル３１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（図６（Ｂ）参照）。管状ノズル３１に形成された各噴出孔３２はシース６の内面の法線方向を向いている。管状ノズル３１は、走行装置３４をガイドレール３３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。
【００５２】
シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面へのＣｒ２Ｏ３層１５の形成を開始するとき、管状ノズル３１は、シース６の長手方向における一端に位置している。ガスボンベ３６内の加圧された空気は、ガスボンベ３６に設けられた弁（図示せず）を開くことによって、流体搬送管２９を通って加熱装置３５に供給される。加熱装置３５で１００℃〜３００℃の範囲内の温度、例えば、３００℃に加熱された空気は、流体搬送管３７により管状ノズル３１内に供給される。空気は、複数の噴出孔３２からシース６の内面に向かって噴出され、シース６内面に形成されたＣｒ層１４の表面に、Ｃｒ層１４に含まれるＣｒを酸化してＣｒ２Ｏ３層１５を形成するために必要な熱及び酸素を供給する。加熱された空気が複数の噴出孔３２から噴出されることにより、Ｃｒ層１４の一部である表面部のＣｒが酸化され、Ｃｒ層１４の表面を覆うＣｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面に形成される。空気の替りに、２０％以上の酸素を含む℃〜３００℃の範囲内の温度に加熱された気体であれば、他の気体を用いてもよい。
【００５３】
加熱された空気を噴出している管状ノズル３１は、ガイドレール３３に沿って走行する走行装置３４によって、シース６の長手方向においてシース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れる。複数の噴出孔３２から噴出される加熱された空気によってシース６に形成されたＣｒ層１４の表面に所定厚み（例えば、１０μｍ）のＣｒ２Ｏ３層１５が形成される。管状ノズル３１が、シース６の他端に到達したとき、加熱された空気の、管状ノズル３１からの噴出が停止され、管状ノズル３１の移動も停止される。この結果、Ｃｒ２Ｏ３層１５の生成が終了し、厚み１０μｍのＣｒ２Ｏ３層１５が、シース６の長手方向の全長に亘って、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面に形成される。
【００５４】
ステップＳ５で生成されたＣｒ層１４に含まれるＣｒのうちＣｒ層１４の表面からシース６に向かって厚み１０μｍの領域に存在するＣｒがステップＳ８で酸化されてＣｒ２Ｏ３層１５になるため、Ｃｒ２Ｏ３層１５の生成が終了した時点では、シース６の内面に厚み１０μｍのＣｒ層１４が形成され、Ｃｒ層１４の表面に厚み１０μｍのＣｒ２Ｏ３層１５が形成されている。
【００５５】
走行装置３４の移動速度と形成されるＣｒ２Ｏ３層１５の厚みとの相関関係を予め測定しておき、この相関関係に基づいて走行装置３４の移動速度を制御することによって、Ｃｒ２Ｏ３層１５の厚みを１０μｍ以下の範囲内に調節する。Ｃｒ２Ｏ３層１５の形成を行っている間、加熱装置３５から管状ノズル３１に供給する空気の温度、及びこの空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る測定により監視される。管状ノズル３１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３５による加熱量を制御する。
【００５６】
Ｃｒ層１４の一部である表面部に存在するＣｒの酸化によるＣｒ２Ｏ３層１５の形成は、（Ａ）１００℃〜３００℃の範囲内の温度の水蒸気を、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４に吹き付けてＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる水蒸気酸化、（Ｂ）１００℃〜３００℃の範囲内の温度の純水を、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４に吹き付けてＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる高温水酸化、（Ｃ）常温（例えば、１５℃）の液体酸化剤を、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４に吹き付けてＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる化学酸化、（Ｄ）常温（例えば、１５℃）の導電性水溶液（例えば、１００ｍＭｏｌ・ｋｇ−１の硫酸ナトリウム水溶液）をシース６の内面に形成されたＣｒ層１４に接触させると共にシース６の内面の固液界面に電場を印加してＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる電気化学酸化、（Ｅ）内面にＣｒ層１４を形成したシース６を高周波誘導により加熱する電磁気的酸化、及び（Ｆ）シース６の内面に形成されたＣｒ層１４にヒータを接触させることにより、Ｃｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる物理的酸化、のうち何れかにより行っても良い。
【００５７】
原子炉制御棒を組み立てる（ステップＳ９）。シース６内面へのＣｒ２Ｏ３層１５の形成が終了した後、原子炉制御棒１の組み立てが開始される。この原子炉制御棒１の組み立てを、図７を用いて説明する。
【００５８】
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１０Ｕにハフニウム部材３Ｕをピン１１Ｕで取り付ける。このハンドル５をタイロッド７の一端に接合する。ローラ４及びコネクタ１７が取り付けられた下部支持部材８の舌状部１０Ｌに、ハフニウム部材３Ｌをピン１１Ｌで取り付ける。この下部支持部材８がタイロッド７の他端に接合される。ステップＳ５で内面にＣｒ層１４が形成されてステップＳ８でＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５が形成されているシース６が、ハンドル５、タイロッド７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、シース６に形成されたＣｒ２Ｏ３層１５に向き合っている。このようにして原子炉制御棒１が製造される。
【００５９】
製造された原子炉制御棒１が、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に装荷される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０は、原子炉圧力容器内への原子炉制御棒１の装荷時期を明確にするために図４に記載しただけで、原子炉制御棒１の製造工程には含まれない。
【００６０】
原子炉圧力容器内に装荷された原子炉制御棒１は、下部支持部材８の下端部に設けられたコネクタ１７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（図示せず）に連結される。原子炉制御棒１は、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によって出し入れされる。制御棒駆動機構は、原子炉制御棒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。
【００６１】
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１２Ｕ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３Ｕ，３Ｌのそれぞれとシース６の内面との間、具体的にはハフニウム部材３Ｕ，３Ｌのそれぞれとシース６に形成されたＣｒ２Ｏ３層１５の間に形成される隙間内を、Ｃｒ２Ｏ３層１５に接触しながら上昇する（図４参照）。
【００６２】
本実施例の原子炉制御棒１は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとの間で隙間を形成するシース６の内面に、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５の、Ｃｒを含む複合皮膜を形成している。すなわち、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５の、Ｃｒを含む複合皮膜が、その隙間に面するシース６の内面の全面に亘って形成されている。Ｃｒ層１４がシース６の内面に形成され、Ｃｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面に形成されている。Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５はそれぞれ防食効果を有するため、シース６と上記隙間を流れる炉水との間の電荷授受を抑制でき、上記の隙間内を流れる炉水により、シース６における隙間腐食の発生を防止することができる。
【００６３】
特に、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５をシース６の内面に形成している原子炉制御棒１は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとシース６の間に形成される隙間１６内を流れている炉水に含まれる酸化種（酸素及び過酸化水素等）の濃度が低くなることに起因して酸素濃淡電池がシース６に形成されることによりシース６に生じるマクロセル腐食を抑制することができ、隙間腐食をさらに抑制することができるので原子炉制御棒１の長寿命化を図ることができる。
【００６４】
また、原子炉制御棒１が原子炉圧力容器内に配置されている間において、何らかの原因によりＣｒ２Ｏ３層１５にひび割れが発生し、またはＣｒ２Ｏ３層１５の一部が剥離した場合には、上記の隙間内を流れる炉水がＣｒ２Ｏ３層１５のひび割れまたはＣｒ２Ｏ３層１５の剥離部に浸入したとしても、この炉水は、シース６の内面を覆っているＣｒ層１４に接触するだけであって、シース６の内面に直接接触することはない。このため、Ｃｒ２Ｏ３層１５にひび割れが発生し、またはＣｒ２Ｏ３層１５の一部が剥離した場合においても、シース６における隙間腐食の発生を防止することができる。
【００６５】
Ｃｒ２Ｏ３層１５に発生したひび割れまたはＣｒ２Ｏ３層１５に生じた剥離部により炉水に曝されているＣｒ層１４においては、炉水に曝されている、Ｃｒ層１４の表面で、Ｃｒ層１４のＣｒと、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとシース６の内面との間に形成される隙間を流れる炉水に含まれる酸素及び過酸化水素との反応によりＣｒ２Ｏ３が生成され、Ｃｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面において回復される。そのひび割れまたはその剥離部で炉水に曝されるＣｒ層１４の表面積が小さいので、その隙間内を流れる、少量の酸素及び過酸化水素を含む炉水中の酸素及び過酸化水素の作用によって、炉水に曝されるＣｒ層１４のその表面にＣｒ２Ｏ３層１５が形成される。したがって、シース６において隙間腐食が生じる確率が著しく低下する。
【００６６】
シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の一部である表面部のＣｒを利用してＣｒ２Ｏ３層１５を生成するので、Ｃｒ層１４とＣｒ２Ｏ３層１５の密着性が優れている。
【００６７】
さらに、原子炉制御棒１のシース６の内面へのＣｒ層１４の形成がＣｒ層形成装置２０を用いて行われるため、隙間腐食の発生を抑制するＣｒ層１４を、シース６の内面に短時間で形成することができる。Ｃｒ層１４の表面へのＣｒ２Ｏ３層１５の形成に酸化クロム層形成装置３０を用いているので、取扱いが容易な簡素な装置により、Ｃｒ２Ｏ３層１５の形成に必要なエネルギー及び酸素を与えることができ、効率的にシース６に形成されたＣｒ層１４上にＣｒ２Ｏ３１５を形成することができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明の他の実施例である実施例２の原子炉制御棒を以下に説明する。本実施例の原子炉制御棒も、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる制御棒である。
【００６９】
本実施例の原子炉制御棒は、実施例１の原子炉制御棒１と同じ構成を有する。本実施例の原子炉制御棒は、図４及び図７に示す実施例１の原子炉制御棒１の製造工程と同じ工程で製造される。本実施例の原子炉制御棒の製造工程で、原子炉制御棒１の製造工程と異なる部分は、ステップＳ８におけるＣｒ２Ｏ３層１５の生成工程である。実施例１の原子炉制御棒１では、酸化クロム層形成装置３０を用いてシース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５を形成したが、本実施例の原子炉制御棒では、酸化クロム層形成装置３０の替りに、図９に示す酸化クロム層形成装置３０Ａを用いてシース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５を形成する。
【００７０】
酸化クロム層形成装置３０Ａは、酸化クロム層形成装置３０においてガスボンベ３６をタンク３９に替え、流体搬送管３７にポンプ３８を設けた構成を有する。酸化クロム層形成装置３０Ａの他の構成は、酸化クロム層形成装置３０と同じである。ポンプ３８を設けた流体搬送管３７は、水４０が充填されたタンク３９の底部に接続される。
【００７１】
シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５を形成するステップＳ８において、酸化クロム層形成装置３０ＡがそのＣｒ２Ｏ３層１５の形成に用いられる。酸化クロム層形成装置３０Ａを用いたＣｒ２Ｏ３層１５の形成について説明する。
【００７２】
内面にＣｒ層１４が形成されたシース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。管状ノズル３１が、シース６の一端において、Ｕ字状に曲げられたシース６の対向する側面間に挿入される。タンク３９内の水４０は、ポンプ３８によって加圧され、流体搬送管３７を通って加熱装置３５に供給される。加熱装置３５は、その水４０を３００℃に加熱して蒸気にする。この蒸気は、加熱装置３５から排出されて流体搬送管３７により管状ノズル３１内に供給される。蒸気は、複数の噴出孔３２からシース６の内面に形成されたＣｒ層１４に向かって噴出され、シース６内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５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３１から噴出させながら、走行装置３４によって、管状ノズル３１をシース６の長手方向におい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の作用によってシース６の長手方向の全長に亘ってＣｒ層１４の表面部に実施例１と同様に均一な厚み（例えば、１０μｍ）のＣｒ２Ｏ３層１５が形成される。
【００７３】
ステップＳ９において、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５のＣｒを含む複合皮膜が内面に形成されたシース６を用いて、実施例１と同様に、原子炉制御棒が組み立てられる。製造された本実施例の原子炉制御棒が、原子炉圧力容器内に設置され、原子炉出力の制御に用いられる。
【００７４】
本実施例の原子炉制御棒は、実施例１の原子炉制御棒１で生じる各効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…原子炉制御棒、２…ブレード、３Ｕ，３Ｌ…ハフニウム部材、５…ハンドル、６…シース、７…タイロッド、８…下部支持部材、１３…タブ（突出部）、１４…Ｃｒ層、１５…Ｃｒ２Ｏ３層、２１：長尺ノズル、２２：１次元移動手段、２３：レール、２４：流体噴出孔、２０…Ｃｒ層形成装置、２１…電解槽、２２…電極、３０，３０Ａ…酸化クロム層形成装置、３１…管状ノズル、３３…ガイドレール、３４…走行装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉制御棒に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用する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部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その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、隙間部は、腐食反応が継続しやすい環境になると考えられる。
【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、構造部材の残留応力及び隙間の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さら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、原子炉制御棒のシースでは、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及びγ線の照射によるシースの劣化及びこのシースに接触する酸化環境、製造過程においてシースとタイロッド、シースとハンドルとの溶接によりシースに発生する引張残留応力、シースと中性子吸収部材であるハフニウム楕円管との間に形成される隙間腐食環境の３つの要因が重なっている。このため、シースとハフニウム楕円管との間は、原子炉制御棒のシース内面に隙間腐食が生じやすい環境にあることが懸念される。
【０００５】
沸騰水型原子炉で用いられる原子炉制御棒として、シース内に、中性子吸収部材である管状の複数のハフニウム楕円管を配置してブレードを構成し、４枚のブレードを、タイロッドを中心に十字形に配置した原子炉制御棒がある。このような原子炉制御棒が、例えば、特開平２−１０２９９公報、特開２００２−７１８６８号公報、特開平９−６１５７６号公報及び特開２００２−７１８６８号公報に記載されている。
【０００６】
これらの公開公報に記載された、ハフニウム楕円管を有する従来の原子炉制御棒は、以下の構成を有する。原子炉制御棒は、横断面形状が十字形になっており、タイロッドに取り付けられたＵ字状のシースを有する。ハンドルがタイロッドの上端部に取り付けられ、下部支持部材がタイロッドの下端部に取り付けられる。シースの上端がハンドルに取り付けられ、シースの下端が下部支持部材に取り付けられる。上部ハフニウム楕円管及び上部ハフニウム楕円管の下方に配置された下部ハフニウム楕円管が、シース内に配置される。上部ハフニウム楕円管の上端部が、ハンドルに設けられた舌状部に取り付けられる。下部ハフニウム楕円管の下端部が、下部支持部材に設けられた他の舌状部に取り付けられる。各ハフニウム楕円管とシースの内面の間には、隙間（例えば、０．１〜０．２ｍｍ）が形成される。シースには、その隙間に連絡される複数の開口部が形成される。
【０００７】
原子炉制御棒が炉心に挿入されている原子炉の運転中において、炉心内を流れる冷却水が、その開口部を通して、各ハフニウム楕円管とシースの内面の間に形成された隙間に導入され、隙間内を上昇して流れる。中性子を吸収して温度が上昇したそれぞれのハフニウム楕円管が、その冷却水によって冷却される。すなわち、ハフニウム楕円管が冷却水によって冷却される。ハフニウム楕円管とシース内面の間に形成された隙間内でも沸騰が生じる。この隙間の幅が原子炉の運転中に変化し、隙間内での冷却水の流動が妨げられる可能性がある。
【０００８】
沸騰水型原子炉の炉心近傍では、冷却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るので、冷却水は、酸素及び過酸化水素などの酸化剤を含んでいる。これらの酸化剤は、原子炉制御棒のシース内に形成される隙間内に存在する冷却水にも含まれる。冷却水に含まれる酸化剤は、シース表面から電子を奪い、最終的には水に還元される。原子炉制御棒の隙間においては、冷却水量及び冷却水の放射線吸収線量が少ないために、酸化剤の生成量が少なく、また、酸化剤が還元反応によって消費されるために、酸化剤の濃度が隙間外（例えば、原子炉制御棒外）よりも低くなっている。このため、酸化剤がシース表面から電子を奪う還元反応は、その隙間内では少なく、それ以外のバルクの冷却水に接している部位では多くなる。
【０００９】
一方、還元反応の対反応として酸化反応が生じる。主たる酸化反応は、シースを構成する材料がイオン化して溶出する反応である。この酸化反応により、シースにＦｅ３Ｏ４、またはＦｅ２Ｏ３が生成され、やがて、シース表面に酸化皮膜が形成される。前述したように、酸化剤は冷却水の放射線分解によって生成されるので、冷却水の容積が小さい隙間においては、冷却水が低酸素濃度になるため、隙間に対向するシース内面では酸化皮膜の成長が妨げられる。一方、それ以外の部位では酸化皮膜が成長して酸化皮膜の厚みが厚くなる。従って、隙間において、シースの母材のイオン化及び溶出が容易に生じる。これにより隙間内外で酸素濃淡電池が形成され、シースの、隙間に面する部位がアノードに、これ以外の部位がカソードに固定されて腐食が進行するマクロセルが形成され、アノードとなった隙間に面するシースの内面に、シースの母材が溶出する腐食が発生する可能性がある。このように、アノードとカソードが分離して特定部位のみが選択的に腐食される形態の腐食は、「マクロセル腐食」と呼ばれる。
【００１０】
以上の説明をまとめると、原子炉の起動直後では、原子炉制御棒のシース全表面に酸化皮膜が形成されていないために、シースは全面腐食の形態をとるが、原子炉の定格運転中では、前述した冷却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箇所において酸化皮膜が生成される。このため、原子炉の定格運転が継続されると、原子炉制御棒のシース表面に酸化皮膜が形成されるが、ハフニウム（中性子吸収部材）とシースの間に形成された隙間において冷却水の流動が著しく滞る箇所が生じた場合には、隙間に面するシース内面とそれ以外の部位で酸化皮膜の厚さに差異を生ずる可能性がある。このために、酸化皮膜が薄い、隙間に対向するシース内面のみで選択的に溶出する隙間腐食が生じる可能性がある。
【００１１】
原子炉制御棒内に形成された隙間に面するシース内面に生じる隙間腐食を抑制するための技術が、特開２０１０−５４３９４号公報に記載されている。この原子炉制御棒では、シースの内面とシース内に配置した中性子吸収部材であるハフニウム部材の間に形成された隙間を、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定している。
【００１２】
また、例えば、特開２００９−１８６３４６号公報、特開２０１０−２１６８８１号公報及び特開２０１０−１６４５０８号公報に記載されたように、原子炉制御棒の構造部材の表面に耐食性の皮膜を形成する方法も検討されている。特開２００９−１８６３４６号公報は、ハフニウム楕円管に対向するシースの内面に酸化皮膜を形成することを記載している。特開２０１０−２１６８８１号公報には、シース内に配置されるハフニウム部材の片面または両面をジルコニウムまたはジルコニウム合金で被覆することを記載している。特開２０１０−１６４５０８号公報には、原子炉制御棒のシース（ステンレス鋼製）における隙間腐食を防止するために、ハフニウム楕円管に対向するシースの内面に、Ｃｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ及びＨｆのいずれかの皮膜を形成することを記載している。
【００１３】
原子力プラントの原子炉圧力容器に連絡されるステンレス鋼製の配管内面にフェライト皮膜を形成することによって、配管内面への放射性核種の付着を抑制する方法が、特開２００６−３８４８３号公報及び特開２００７−１９２７４５号公報に提案されている。さらに、特開２００１−９１６８８号公報は、原子力プラントの構成部材の応力腐食割れを抑制するために、その構成部材の冷却水と接触する表面に、亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ２Ｏ４）及びクロム酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）が混在する亜鉛とクロムの複合酸化物層を形成することを記載している。特開２０００−３５２５９７号公報は、原子力プラントの構成部材に含まれるＣｒを安定化することを記載しており、このＣｒの安定化によって、構成部材の応力腐食割れ感受性を緩和し、構成部材の腐食の抑制を図っている。腐食の抑制は、定期検査時における被ばく線量を低減することができる。そのＣｒの安定化は、構成部材の表面にＭＣｒ２Ｏ４の形態（ＭはＺｎ，Ｎｉ，Ｆｅ及びＣｏのうちの１種あるいは複数種の混合）の化合物を形成することを提案している。ＭＣｒ２Ｏ４、例えば、ＦｅＣｒ２Ｏ４の構成部材表面への形成方法として、めっき、塗装、ライニング、溶射、プレーティング、プレフィルミング、研磨の表面処理のいずれかまたは複数を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平２−１０２９９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２００２−７１８６８号公報
【特許文献５】特開２０１０−５４３９４号公報
【特許文献６】特開２０１０−２１６８８１号公報
【特許文献７】特開２００９−１８６３４６号公報
【特許文献８】特開２０１０−１６４５０８号公報
【特許文献９】特開２００６−３８４８３号公報
【特許文献１０】特開２００７−１９２７４５号公報
【特許文献１１】特開２００１−９１６８８号公報
【特許文献１２】特開２０００−３５２５９７号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Computer Calculated Potential pH Diagrams to 300℃ Volume2: Handbook of Diagrams, Electric Power Research Institute, (1983)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
原子炉内に配置されて炉心に出し入れされる原子炉制御棒では、上下方向の動作を繰り返すためにブレードに引張応力及び圧縮応力が繰り返し付与され、また、原子炉の起動時においてシース内のハフニウム楕円管の表面温度が室温から３００℃以上まで変動する。さらには、その原子炉制御棒には放射線が照射される。このため、例えば、特開２００９−１８６３４６号公報及び特開２０１０−１６４５０８号公報に記載されたように、シースの内面に皮膜が形成された場合には、この皮膜でのひび割れの発生、及びこの皮膜のシースからの剥離が懸念される。
【００１７】
シース内面に形成された皮膜にひび割れ等が発生した場合には、皮膜にひび割れ等が生じた位置でシースの母材が露出するために、その位置において母材に腐食が発生しやすくなると共に、皮膜と母材の電気化学的特性の優劣から、皮膜を付与しない場合に比べ、母材の溶解をさらに加速する可能性がある。また、シースそのものにジルコニウム等の耐食性金属を用いる場合、ジルコニウムは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。
【００１８】
本発明の目的は、シースの隙間腐食をさらに抑制することが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】
【００１９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ハンドル、下部支持部材及びタイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしている、タイロッドから四方に伸びる４つのシース、及びそれぞれのシース内に配置された中性子吸収部材とを備え、金属クロム層がシースの内面に形成されており、Ｃｒ２Ｏ３層がその金属クロム層の表面に形成されて中性子吸収部材に対向していることにある。
【００２０】
Ｃｒ２Ｏ３層とシースの間に金属クロム層が形成されているので、Ｃｒ２Ｏ３層にひび割れが発生してもまたはＣｒ２Ｏ３層の一部が剥離しても、金属クロム層の存在によりシースが冷却水に曝されることがなく、シースの隙間腐食をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、本発明によれば、原子炉制御棒において、シースの隙間腐食をさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の原子炉制御棒の構成図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII部の拡大図である。
【図４】実施例１の原子炉制御棒の製造工程のフローチャートである。
【図５】図４に示すＣｒ層形成工程における原子炉制御棒のシース内面へのＣｒ層形成を説明する説明図である。
【図６】図４に示すＣｒ２Ｏ３層形成工程における原子炉制御棒のシース内面へのＣｒ２Ｏ３層の形成を説明する説明図であり、（Ａ）はそのＣｒ２Ｏ３層の形成に用いられるＣｒ２Ｏ３層形成装置の構成及びこのＣｒ２Ｏ３層形成装置を用いたＣｒ２Ｏ３層の形成を示す説明図、（Ｂ）はＣｒ２Ｏ３層形成装置の環状ノズルをシースの内面間に挿入した状態を示す説明図である。
【図７】図４に示す原子炉制御棒の組み立ての工程図である。
【図８】ステンレス鋼に含まれる元素の、脱気純水に浸漬されたステンレス鋼のアノード分極曲線への影響を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例２の原子炉制御棒のシース内面へのＣｒ２Ｏ３層の形成を説明する説明図であり、（Ａ）はそのＣｒ２Ｏ３層の形成に用いられる他のＣｒ２Ｏ３層形成装置の構成及びこのＣｒ２Ｏ３層形成装置を用いたＣｒ２Ｏ３層の形成を示す説明図、（Ｂ）は他のＣｒ２Ｏ３層形成装置の環状ノズルをシースの内面間に挿入した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明者らは、特開２００９−１８６３４６号公報及び特開２０１０−１６４５０８号公報に記載されたシースの内面に形成された皮膜（酸化皮膜またはＣｒ等の皮膜）でひび割れが発生し、またはこの皮膜がシース内面から剥離された場合においても、シースの母材の腐食を抑制できる対策について、検討を行った。
【００２４】
その検討に際して、発明者らが行った実験について説明する。水溶液に浸漬された金属部材の腐食反応は、金属部材と水溶液に含まれる成分との間での電荷の授受である。腐食は、（１）式に従って、金属部材に含まれる金属Ｍが金属イオンＭｎ＋となって金属部材に接触する液相に溶出する事象である。
【００２５】
Ｍ → Ｍｎ＋ ＋ ｎｅ− （１）
よって、金属部材表面の固液界面における電荷の授受の量を電流として評価することにより、金属部材の腐食速度の大小を判断することができる。そこで、沸騰水型原子炉内の温度を模擬した純水に浸漬された金属部材表面における水との電荷授受のしやすさが、金属部材を構成する元素によってどのような影響を受けるかについて検討した。具体的には、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉内を模擬した温度で酸化剤を含まない純水に、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼及びＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼のそれぞれの試験片を浸漬させ、これらの試験片のアノード分極曲線を測定した。さらに、それらステンレス鋼の腐食特性の支配因子を調べるために、各ステンレス鋼を構成する元素であるＦｅ，Ｎｉ及びＣｒのそれぞれのアノード分極曲線を測定し、各ステンレス鋼の腐食特性と比較した。
【００２６】
アノード分極曲線を測定する実験は、ＢＷＲの炉内環境を模擬した条件を満たして行った。すなわち、導電率０．１μＳ・ｃｍ−１以下の純水を用い、沸騰を防ぐためにその純水を８ＭＰａに加圧し、純水の温度を２８０℃に保持し、この純水を、試験片を収納した高温槽内に導いた。試験片として、市販のＳＵＳ３０４ステンレス鋼、ＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼、純Ｆｅ、純Ｎｉ、及び純Ｃｒで別々に製作されたそれぞれの試験片を用い、それぞれの試験片を高温槽内で上記した条件の純水に浸漬した。材質の異なる上記の５種類のそれぞれの試験片をそれぞれ作成し、上記の条件で実験を行った。アノード分極曲線の測定は、ポテンショスタットを用いて、純水に浸漬したそれぞれの試験片に電位を印加し、その時々の電流を測定することにより行った。
【００２７】
アノード分極曲線測定結果であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼、ＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼、純Ｆｅ、純Ｎｉ、及び純Ｃｒのそれぞれのアノード分極曲線を図８に示している。図８には、Computer Calculated Potential pH Diagrams to 300℃ Volume2: Handbook of Diagrams, Electric Power Research Institute, (1983)に記載された、５７３Ｋ、ｐＨ５．６の純水中におけるＦｅ，Ｎｉ及びＣｒのそれぞれの安定化学種の、腐食電位に依存する形態の変化を併せて示した。Computer Calculated Potential pH Diagrams to 300℃ Volume2: Handbook of Diagrams, Electric Power Research Institute, (1983)によれば、金属部材の腐食電位に依存して、ＦｅはＦｅ３Ｏ４，Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅＯ４２−と変化し、ＣｒはＣｒ２Ｏ３，Ｃｒ（ＯＨ）３及びＣｒ２Ｏ７２−と変化し、ＮｉはＮｉＯ及びＮｉ３Ｏ４と変化する。
【００２８】
アノード分極曲線の電流密度（図８の縦軸）は、（１）式に従って単位時間・単位面積当たりに試験片の表面からイオン化して液相に溶出する金属の量、すなわち単位面積当たりの金属の溶出速度を示している。図８の横軸の腐食電位は腐食環境強度の指標であるので、図８に示された各金属の溶出速度の電位依存性は、試験片の腐食環境強度と腐食特性を関連付ける特性を表している。
【００２９】
比較検討の結果、図８に示した２種類のステンレス鋼の腐食特性は、主としてＣｒの溶出挙動が支配的であり、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍でのみＦｅに起因したピークが重畳しているということが分かった。Ｃｒの溶出挙動は、約−０．１Ｖｖｓ．ＳＨＥを境にして変化しており、−０．１Ｖｖｓ．ＳＨＥ以上では過不働態溶解によって溶出速度を高める反面、−０．１Ｖｖｓ．ＳＨＥ未満ではＣｒ２Ｏ３が安定なため溶出速度を低下させる。
【００３０】
原子炉制御棒内に形成された隙間では、前述のように酸素及び過酸化水素が生成しにくく、また、バルクで生成したそれら酸化剤がその隙間内に拡散する過程で還元反応を生じて消費されるために、その隙間は低酸化種濃度状態にある。したがって、ステンレス鋼製のシースの、その隙間に面している部位は、図８における自然浸漬電位（約−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥ）に近い低電位にあるものと考えられる。一方、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面していない部位での電位は、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面していない部位よりも高い電位になっているものと考えられる。これは、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面していない部位（例えば、シース外面）に接触する冷却水に含まれる酸素及び過酸化水素のそれぞれの濃度が、その隙間内を流れて、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面している部位（シース内面）に接触する冷却水に含まれる酸素及び過酸化水素のそれぞれの濃度よりも高いためである。したがって、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面している部位が活性態となり、この部位では選択的に腐食が進行するマクロセル腐食が生じる。
【００３１】
原子炉制御棒のシース内に配置されたハフニウム部材の熱膨張などにより隙間の幅が減少して、隙間内の冷却水の酸素及び過酸化水素の各濃度が低下してシース内面の腐食電位が−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍まで低下したとき、ステンレス鋼製のシースの内面に酸化皮膜が形成されていない状態では、シースの内面が活性態となり、シース内面の腐食速度がＦｅの溶出に起因する高い値を示す。これに対し、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍における本来のＣｒの溶出特性は、Ｃｒ２Ｏ３が安定に存在できる腐食電位域での特性となる。以上のことから、ステンレス鋼製のシースの、隙間に面している部位では酸化が進みにくいために、本来安定に存在できるＣｒ酸化物が形成されにくいことが、マクロセル腐食の原因であると発明者らは考えた。
【００３２】
活性態におけるステンレス鋼の電流密度は約５μＡ・ｃｍ−２であるが、同電位域におけるＣｒの電流密度は、０．２μＡ・ｃｍ−２であり、ステンレス鋼の電流密度の１／２５と非常に低い値になる。このため、発明者らは、原子炉制御棒が原子炉圧力容器内に設置される前に、中性子吸収部材（例えば、ハフニウム部材）に面するシースの内面に、予めＣｒ２Ｏ３皮膜を形成することによって、隙間内の冷却水の酸素及び過酸化水素の各濃度が低下する隙間環境が形成されたとしても、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍の活性態におけるシース内面の電流密度が、５μＡ・ｃｍ−２から０．２μＡ・ｃｍ−２に約１／２５に低減され、必然的にシース内面の腐食速度も低減できることを見出した。さらに、純Ｃｒの特性上、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥ近傍の電位ではＣｒ２Ｏ３が安定であるために、Ｃｒ２Ｏ３層よりも母材側にＣｒ層を設けておくことで、機械的原因等によってＣｒ２Ｏ３層が喪失した場合でも、Ｃｒ２Ｏ３層とシースの間にＣｒ層を形成することにより、Ｃｒ２Ｏ３層の喪失した部分を回復することができ、より長期間に亘ってシースの耐食性を担保することができることを発明者らは見出した。
【００３３】
以上の検討により、発明者らは、原子炉制御棒の製造時に、シース内に配置される中性子吸収部材に面しているシースの内面に、予めＣｒ層を形成し、さらに形成されたＣｒ層の表面にＣｒ２Ｏ３層を形成することによって、Ｃｒ層及びＣｒ層上のＣｒ２Ｏ３層を含む複合皮膜をシース内面に形成することを思い至った。この構成において、（ａ）シースの接液面におけるＣｒ２Ｏ３層の形成が、中性子吸収部材とシース内面の間に形成される隙間を流れる冷却水へのシース内面からの単位時間あたりの金属の溶出量、すなわち、シースの腐食速度を低減させ、また、（ｂ）Ｃｒ２Ｏ３層とシースの間における金属Ｃｒ層の形成が、外側のＣｒ２Ｏ３層の溶解、剥離、またはその他の理由による喪失時においても、シース内面に形成されたＣｒ層の表面にＣｒ層のＣｒを用いてＣｒ２Ｏ３層を回復させる。このため、シースの耐食性を維持することができ、隙間腐食の抑制及び腐食速度の低減が実現できる。
【００３４】
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】
【００３５】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子炉制御棒を、図１、図２及び図３を用いて説明する。本実施例の原子炉制御棒１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる制御棒である。
【００３６】
原子炉制御棒１は、横断面が十字形をしており、軸心にタイロッド７が配置されてこのタイロッド７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７の上端部に取り付けられ、下部支持部材８がタイロッド７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。複数のローラ４が回転可能に下部支持部材８に取り付けられる。これらのローラ４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、原子炉制御棒１を燃料集合体間で円滑に移動させる機能を有する。
【００３７】
各ブレード２は、横断面がＵ字状をしているステンレス鋼（ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６Ｌ等）製のシース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１参照）。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）１３が軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。これらのタブ１３は、シース６の一部であるが、タイロッド７側に向かって突出している部分である。これらのタブ１３は溶接にてタイロッド７の側面に接合されている。上記したシース６とタイロッド７、ハンドル５及び下部支持板８とのそれぞれの接合は、例えば、レーザ溶接によって行われる。
【００３８】
１つのブレード２のシース６内に形成される空間内で原子炉制御棒１の軸方向に、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、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌの軸方向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１０Ｕにピン１１Ｕ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１０Ｌにピン１１Ｌで取り付けられている。このように、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が下部支持板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（図示せず）が形成されている。
【００３９】
１つのブレード２の横断面（図１のII−II断面）において、２つのハフニウム部材３Ｕは、シース６内で互いに並列に配置され、かつタイロッド４と並列に配置される（図２参照）。２つのハフニウム部材３Ｌも、ハフニウム部材３Ｕと同様に、シース６内で互いに並列に配置され、かつタイロッド４と並列に配置される。
【００４０】
Ｃｒ層（Ｃｒ皮膜）１４がシース６の内面を覆うようにシース６の内面に形成される。Ｃｒ２Ｏ３層（Ｃｒ２Ｏ３皮膜）１５がＣｒ層１４の表面を覆うようにＣｒ層１４の表面に形成される。シース６の内面には、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５がハフニウム部材３Ｕ，３Ｌに向かってこの順番で形成されている。実質的に、Ｃｒ２Ｏ３層１５がハフニウム部材３Ｕ，３Ｌと対向している。シース６の内面、具体的にはＣｒ２Ｏ３層１５とハフニウム部材３Ｕ，３Ｌの間に、冷却水が流れる隙間１６が形成される（図３参照）。
【００４１】
複数の開口９Ｕがシース６の上部に形成され、複数の開口９Ｌがシース６の下部に形成される。また、複数の開口１２Ｕが各ハフニウム部材３Ｕに形成され、複数の開口１２Ｌが各ハフニウム部材３Ｌに形成される。
【００４２】
Ｃｒ皮膜６ａ及びＣｒ拡散層が形成されたシース６を有する原子炉制御棒１の製造方法を、図３を用いて説明する。シース部材の表面に、表面処理によりＣｒ皮膜及びＣｒ拡散層を形成する（ステップ１）。シース６の母材であるステンレス鋼製の板状のシース部材６ｂの一方の表面（片面）にＣｒ皮膜６ａを形成する。Ｃｒ皮膜６ａは、ステンレス鋼の不働態化を促進する金属を含む皮膜である。Ｃｒ皮膜６ａのシース部材６ｂの片面への形成は以下のように行われる。
【００４３】
本実施例の原子炉制御棒１の製造方法を、図４、図５、図６及び図７を用いて説明する。
【００４４】
まず、シースを加工する（ステップＳ１）。シース６の素材であるステンレス鋼板に複数の開口９Ｕ，９Ｌを加工し、その後、このステンレス鋼をＵ字状に折り曲げてシース６を製作する。シースの表面に対して活性化処理を行う（ステップＳ２）。シース６表面の活性化処理は、シース６の表面に形成された不働態皮膜を除去する処理である。シース６の表面に形成された不働態皮膜の除去は、例えば、シュウ酸水溶液及び過マンガン酸カリウム水溶液を用いて行われる。最初に、シュウ酸水溶液を不働態皮膜が形成されたシース６の表面に接触させ、その後、過マンガン酸カリウム水溶液をその表面に接触させて不働態皮膜を除去する。シースを洗浄し（ステップＳ３）、シースを乾燥させる（ステップＳ４）。不働態皮膜を除去したシース６の表面を純水で洗浄する。洗浄されたシース６の表面に空気を吹き付けてシース６を乾燥させる。吹き付けられる空気は、温風でも良い。
【００４５】
シース表面にＣｒ層を形成する（ステップＳ５）。乾燥されたシース６の内面にＣｒ層（Ｃｒ皮膜）１４を形成する（図４参照）。シース６の内面へのＣｒ層（金属ＣＲ層）１４の形成は、図５に示すＣｒ層形成装置２０を用いて行われる。Ｃｒ層形成装置２０は、電解槽２１、電極２２、電源２３及び配線２４を有する。電極２２は配線２４Ａにより電源２３に接続され、他の配線２４Ｂも電源２３に接続される。
【００４６】
Ｕ字状に折り曲げられているシース６を、電解槽２１内に満たされたＣｒめっき液２５に浸漬する。配線２４Ａにより電源２３に接続された電極２２が、シース６の折り曲げられた側壁間に配置され、電源２３に接続された配線２４Ａがシース６の折り曲げ部に接続される。この状態で、電源２３から電極２２に配線２４を通して電流が供給される。この電流は、電極２２とシース６の折り曲げられたそれぞれの側壁間の間隙６Ａに存在するＣｒめっき液２５を通してシース６に向かって流れ、配線２４Ｂを通して電源２３に戻る。電流の供給により、Ｃｒめっき液２５に含まれるＣｒがシース６の内面に付着し、シース６の内面を覆うＣｒ層１４がシース６の内面に形成される。シース６の内面に一様に所望の厚さ（例えば、２０μｍ）のＣｒ層１４が形成できる、電極２２に供給する電流の値及び電流の供給時間を、予め実験によって求めておき、シース６の内面にＣｒ層１４を形成するときには、その供給時間の間、その電流値の電流を電極２２に供給する。ステップＳ５で形成されたＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを用いてステップＳ８でＣｒ２Ｏ３層１５を生成することを考慮し、ステップＳ５でシース６の内面に形成するＣｒ層１４の厚みは、実際に必要なＣｒ層１４の厚み（例えば、１０μｍ）よりも厚くする。
【００４７】
本実施例では、電解めっきによりシース６の内面にＣｒ層を形成しているが、電解めっきの替りに、無電解めっき、物理蒸着法、化学蒸着法、溶射及びコールドスプレイのうちのいずれかによりってシース６の内面にＣｒ層を形成してもよい。
【００４８】
Ｃｒ層の形成後に、ステップＳ３と同様にシースを洗浄し（ステップＳ６）、ステップＳ４と同様にシースを乾燥させる（ステップＳ７）。
【００４９】
Ｃｒ２Ｏ３層を形成する（ステップＳ８）。ステップＳ７におけるシース６の乾燥が終了した後に、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層（Ｃｒ２Ｏ３皮膜）１５を形成する。このＣｒ２Ｏ３層１５の形成は、図６に示す酸化クロム層形成装置３０を用いて行われる。
【００５０】
酸化クロム層形成装置３０は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、管状ノズル３１、ガイドレール３３、走行装置３４、加熱装置３５及びガスボンベ３６を備えている。走行装置３４はガイドレール３３に沿って移動可能である。複数の噴出孔３２が形成されたステンレス鋼製の管状ノズル３１が、走行装置３４に取り付けられ、下方に向かって伸びている。管状ノズル２４に接続された可撓性の流体搬送管３７が、加圧された空気が蓄えられたガスボンベ３６に接続される。加熱装置３５が流体搬送管２９に設けられる。管状ノズル３１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。
【００５１】
内面にＣｒ層１４が形成されたシース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３３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３３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３４に取り付けられた管状ノズル３１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（図６（Ｂ）参照）。管状ノズル３１に形成された各噴出孔３２はシース６の内面の法線方向を向いている。管状ノズル３１は、走行装置３４をガイドレール３３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。
【００５２】
シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面へのＣｒ２Ｏ３層１５の形成を開始するとき、管状ノズル３１は、シース６の長手方向における一端に位置している。ガスボンベ３６内の加圧された空気は、ガスボンベ３６に設けられた弁（図示せず）を開くことによって、流体搬送管２９を通って加熱装置３５に供給される。加熱装置３５で１００℃〜３００℃の範囲内の温度、例えば、３００℃に加熱された空気は、流体搬送管３７により管状ノズル３１内に供給される。空気は、複数の噴出孔３２からシース６の内面に向かって噴出され、シース６内面に形成されたＣｒ層１４の表面に、Ｃｒ層１４に含まれるＣｒを酸化してＣｒ２Ｏ３層１５を形成するために必要な熱及び酸素を供給する。加熱された空気が複数の噴出孔３２から噴出されることにより、Ｃｒ層１４の一部である表面部のＣｒが酸化され、Ｃｒ層１４の表面を覆うＣｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面に形成される。空気の替りに、２０％以上の酸素を含む℃〜３００℃の範囲内の温度に加熱された気体であれば、他の気体を用いてもよい。
【００５３】
加熱された空気を噴出している管状ノズル３１は、ガイドレール３３に沿って走行する走行装置３４によって、シース６の長手方向においてシース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れる。複数の噴出孔３２から噴出される加熱された空気によってシース６に形成されたＣｒ層１４の表面に所定厚み（例えば、１０μｍ）のＣｒ２Ｏ３層１５が形成される。管状ノズル３１が、シース６の他端に到達したとき、加熱された空気の、管状ノズル３１からの噴出が停止され、管状ノズル３１の移動も停止される。この結果、Ｃｒ２Ｏ３層１５の生成が終了し、厚み１０μｍのＣｒ２Ｏ３層１５が、シース６の長手方向の全長に亘って、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面に形成される。
【００５４】
ステップＳ５で生成されたＣｒ層１４に含まれるＣｒのうちＣｒ層１４の表面からシース６に向かって厚み１０μｍの領域に存在するＣｒがステップＳ８で酸化されてＣｒ２Ｏ３層１５になるため、Ｃｒ２Ｏ３層１５の生成が終了した時点では、シース６の内面に厚み１０μｍのＣｒ層１４が形成され、Ｃｒ層１４の表面に厚み１０μｍのＣｒ２Ｏ３層１５が形成されている。
【００５５】
走行装置３４の移動速度と形成されるＣｒ２Ｏ３層１５の厚みとの相関関係を予め測定しておき、この相関関係に基づいて走行装置３４の移動速度を制御することによって、Ｃｒ２Ｏ３層１５の厚みを１０μｍ以下の範囲内に調節する。Ｃｒ２Ｏ３層１５の形成を行っている間、加熱装置３５から管状ノズル３１に供給する空気の温度、及びこの空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る測定により監視される。管状ノズル３１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３５による加熱量を制御する。
【００５６】
Ｃｒ層１４の一部である表面部に存在するＣｒの酸化によるＣｒ２Ｏ３層１５の形成は、（Ａ）１００℃〜３００℃の範囲内の温度の水蒸気を、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４に吹き付けてＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる水蒸気酸化、（Ｂ）１００℃〜３００℃の範囲内の温度の純水を、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４に吹き付けてＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる高温水酸化、（Ｃ）常温（例えば、１５℃）の液体酸化剤を、シース６の内面に形成されたＣｒ層１４に吹き付けてＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる化学酸化、（Ｄ）常温（例えば、１５℃）の導電性水溶液（例えば、１００ｍＭｏｌ・ｋｇ−１の硫酸ナトリウム水溶液）をシース６の内面に形成されたＣｒ層１４に接触させると共にシース６の内面の固液界面に電場を印加してＣｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる電気化学酸化、（Ｅ）内面にＣｒ層１４を形成したシース６を高周波誘導により加熱する電磁気的酸化、及び（Ｆ）シース６の内面に形成されたＣｒ層１４にヒータを接触させることにより、Ｃｒ層１４の表面部に存在するＣｒを酸化させる物理的酸化、のうち何れかにより行っても良い。
【００５７】
原子炉制御棒を組み立てる（ステップＳ９）。シース６内面へのＣｒ２Ｏ３層１５の形成が終了した後、原子炉制御棒１の組み立てが開始される。この原子炉制御棒１の組み立てを、図７を用いて説明する。
【００５８】
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１０Ｕにハフニウム部材３Ｕをピン１１Ｕで取り付ける。このハンドル５をタイロッド７の一端に接合する。ローラ４及びコネクタ１７が取り付けられた下部支持部材８の舌状部１０Ｌに、ハフニウム部材３Ｌをピン１１Ｌで取り付ける。この下部支持部材８がタイロッド７の他端に接合される。ステップＳ５で内面にＣｒ層１４が形成されてステップＳ８でＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５が形成されているシース６が、ハンドル５、タイロッド７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、シース６に形成されたＣｒ２Ｏ３層１５に向き合っている。このようにして原子炉制御棒１が製造される。
【００５９】
製造された原子炉制御棒１が、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に装荷される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０は、原子炉圧力容器内への原子炉制御棒１の装荷時期を明確にするために図４に記載しただけで、原子炉制御棒１の製造工程には含まれない。
【００６０】
原子炉圧力容器内に装荷された原子炉制御棒１は、下部支持部材８の下端部に設けられたコネクタ１７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（図示せず）に連結される。原子炉制御棒１は、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によって出し入れされる。制御棒駆動機構は、原子炉制御棒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。
【００６１】
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１２Ｕ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３Ｕ，３Ｌのそれぞれとシース６の内面との間、具体的にはハフニウム部材３Ｕ，３Ｌのそれぞれとシース６に形成されたＣｒ２Ｏ３層１５の間に形成される隙間内を、Ｃｒ２Ｏ３層１５に接触しながら上昇する（図４参照）。
【００６２】
本実施例の原子炉制御棒１は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとの間で隙間を形成するシース６の内面に、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５の、Ｃｒを含む複合皮膜を形成している。すなわち、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５の、Ｃｒを含む複合皮膜が、その隙間に面するシース６の内面の全面に亘って形成されている。Ｃｒ層１４がシース６の内面に形成され、Ｃｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面に形成されている。Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５はそれぞれ防食効果を有するため、シース６と上記隙間を流れる炉水との間の電荷授受を抑制でき、上記の隙間内を流れる炉水により、シース６における隙間腐食の発生を防止することができる。
【００６３】
特に、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５をシース６の内面に形成している原子炉制御棒１は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとシース６の間に形成される隙間１６内を流れている炉水に含まれる酸化種（酸素及び過酸化水素等）の濃度が低くなることに起因して酸素濃淡電池がシース６に形成されることによりシース６に生じるマクロセル腐食を抑制することができ、隙間腐食をさらに抑制することができるので原子炉制御棒１の長寿命化を図ることができる。
【００６４】
また、原子炉制御棒１が原子炉圧力容器内に配置されている間において、何らかの原因によりＣｒ２Ｏ３層１５にひび割れが発生し、またはＣｒ２Ｏ３層１５の一部が剥離した場合には、上記の隙間内を流れる炉水がＣｒ２Ｏ３層１５のひび割れまたはＣｒ２Ｏ３層１５の剥離部に浸入したとしても、この炉水は、シース６の内面を覆っているＣｒ層１４に接触するだけであって、シース６の内面に直接接触することはない。このため、Ｃｒ２Ｏ３層１５にひび割れが発生し、またはＣｒ２Ｏ３層１５の一部が剥離した場合においても、シース６における隙間腐食の発生を防止することができる。
【００６５】
Ｃｒ２Ｏ３層１５に発生したひび割れまたはＣｒ２Ｏ３層１５に生じた剥離部により炉水に曝されているＣｒ層１４においては、炉水に曝されている、Ｃｒ層１４の表面で、Ｃｒ層１４のＣｒと、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとシース６の内面との間に形成される隙間を流れる炉水に含まれる酸素及び過酸化水素との反応によりＣｒ２Ｏ３が生成され、Ｃｒ２Ｏ３層１５がＣｒ層１４の表面において回復される。そのひび割れまたはその剥離部で炉水に曝されるＣｒ層１４の表面積が小さいので、その隙間内を流れる、少量の酸素及び過酸化水素を含む炉水中の酸素及び過酸化水素の作用によって、炉水に曝されるＣｒ層１４のその表面にＣｒ２Ｏ３層１５が形成される。したがって、シース６において隙間腐食が生じる確率が著しく低下する。
【００６６】
シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の一部である表面部のＣｒを利用してＣｒ２Ｏ３層１５を生成するので、Ｃｒ層１４とＣｒ２Ｏ３層１５の密着性が優れている。
【００６７】
さらに、原子炉制御棒１のシース６の内面へのＣｒ層１４の形成がＣｒ層形成装置２０を用いて行われるため、隙間腐食の発生を抑制するＣｒ層１４を、シース６の内面に短時間で形成することができる。Ｃｒ層１４の表面へのＣｒ２Ｏ３層１５の形成に酸化クロム層形成装置３０を用いているので、取扱いが容易な簡素な装置により、Ｃｒ２Ｏ３層１５の形成に必要なエネルギー及び酸素を与えることができ、効率的にシース６に形成されたＣｒ層１４上にＣｒ２Ｏ３１５を形成することができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明の他の実施例である実施例２の原子炉制御棒を以下に説明する。本実施例の原子炉制御棒も、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる制御棒である。
【００６９】
本実施例の原子炉制御棒は、実施例１の原子炉制御棒１と同じ構成を有する。本実施例の原子炉制御棒は、図４及び図７に示す実施例１の原子炉制御棒１の製造工程と同じ工程で製造される。本実施例の原子炉制御棒の製造工程で、原子炉制御棒１の製造工程と異なる部分は、ステップＳ８におけるＣｒ２Ｏ３層１５の生成工程である。実施例１の原子炉制御棒１では、酸化クロム層形成装置３０を用いてシース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５を形成したが、本実施例の原子炉制御棒では、酸化クロム層形成装置３０の替りに、図９に示す酸化クロム層形成装置３０Ａを用いてシース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５を形成する。
【００７０】
酸化クロム層形成装置３０Ａは、酸化クロム層形成装置３０においてガスボンベ３６をタンク３９に替え、流体搬送管３７にポンプ３８を設けた構成を有する。酸化クロム層形成装置３０Ａの他の構成は、酸化クロム層形成装置３０と同じである。ポンプ３８を設けた流体搬送管３７は、水４０が充填されたタンク３９の底部に接続される。
【００７１】
シース６の内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５を形成するステップＳ８において、酸化クロム層形成装置３０ＡがそのＣｒ２Ｏ３層１５の形成に用いられる。酸化クロム層形成装置３０Ａを用いたＣｒ２Ｏ３層１５の形成について説明する。
【００７２】
内面にＣｒ層１４が形成されたシース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。管状ノズル３１が、シース６の一端において、Ｕ字状に曲げられたシース６の対向する側面間に挿入される。タンク３９内の水４０は、ポンプ３８によって加圧され、流体搬送管３７を通って加熱装置３５に供給される。加熱装置３５は、その水４０を３００℃に加熱して蒸気にする。この蒸気は、加熱装置３５から排出されて流体搬送管３７により管状ノズル３１内に供給される。蒸気は、複数の噴出孔３２からシース６の内面に形成されたＣｒ層１４に向かって噴出され、シース６内面に形成されたＣｒ層１４の表面にＣｒ２Ｏ３層１５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３１から噴出させながら、走行装置３４によって、管状ノズル３１をシース６の長手方向におい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の作用によってシース６の長手方向の全長に亘ってＣｒ層１４の表面部に実施例１と同様に均一な厚み（例えば、１０μｍ）のＣｒ２Ｏ３層１５が形成される。
【００７３】
ステップＳ９において、Ｃｒ層１４及びＣｒ２Ｏ３層１５のＣｒを含む複合皮膜が内面に形成されたシース６を用いて、実施例１と同様に、原子炉制御棒が組み立てられる。製造された本実施例の原子炉制御棒が、原子炉圧力容器内に設置され、原子炉出力の制御に用いられる。
【００７４】
本実施例の原子炉制御棒は、実施例１の原子炉制御棒１で生じる各効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…原子炉制御棒、２…ブレード、３Ｕ，３Ｌ…ハフニウム部材、５…ハンドル、６…シース、７…タイロッド、８…下部支持部材、１３…タブ（突出部）、１４…Ｃｒ層、１５…Ｃｒ２Ｏ３層、２１：長尺ノズル、２２：１次元移動手段、２３：レール、２４：流体噴出孔、２０…Ｃｒ層形成装置、２１…電解槽、２２…電極、３０，３０Ａ…酸化クロム層形成装置、３１…管状ノズル、３３…ガイドレール、３４…走行装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイロッドと、前記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取り付けられ、下端部が前記下部支持部材に取り付けられ、さらに、前記タイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしている、前記タイロッドから四方に伸びる４つのシースと、それぞれのシース内に配置された中性子吸収部材とを備え、
金属クロム層が前記シースの内面に形成されており、Ｃｒ２Ｏ３層が前記金属クロム層の表面に形成されて前記中性子吸収部材に対向していることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項２】
前記中性子吸収部材がハフニウム部材である請求項１に記載の原子炉制御棒。
【請求項３】
前記Ｃｒ２Ｏ３層が前記金属クロム層の表面を酸化させて形成されたＣｒ２Ｏ３層である請求項１または２に記載の原子炉制御棒。
【請求項１】
タイロッドと、前記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取り付けられ、下端部が前記下部支持部材に取り付けられ、さらに、前記タイロッドに取り付けられ、かつ横断面がＵ字状をしている、前記タイロッドから四方に伸びる４つのシースと、それぞれのシース内に配置された中性子吸収部材とを備え、
金属クロム層が前記シースの内面に形成されており、Ｃｒ２Ｏ３層が前記金属クロム層の表面に形成されて前記中性子吸収部材に対向していることを特徴とする原子炉制御棒。
【請求項２】
前記中性子吸収部材がハフニウム部材である請求項１に記載の原子炉制御棒。
【請求項３】
前記Ｃｒ２Ｏ３層が前記金属クロム層の表面を酸化させて形成されたＣｒ２Ｏ３層である請求項１または２に記載の原子炉制御棒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９２４８６（Ｐ２０１３−９２４８６Ａ）
【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２０１１−２３５６０３（Ｐ２０１１−２３５６０３）
【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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