BR112016009175B1 - Barra de controle cinza possuindo um absorverdor de nêutrons compreendendo térbio e disprósio - Google Patents
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Abstract
barra de controle cinza, absorvedor de nêutrons da mesma e conjunto de barras de controle cinzas. por tratar a presente invenção de uma barra de controle cinza, um absorvedor de nêutrons da mesma e um conjunto de barras de controle cinzas. o absorvedor de nêutrons compreende pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, sendo que o valor da reatividade do primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, e o valor da reatividade do segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta; o valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons. ao utilizar o primeiro componente e o segundo componente para formar o absorvedor de nêutrons e ajustar a proporção dos respectivos componentes no absorvedor de nêutrons, pode-se obter o absorvedor de nêutrons com uma característica de perda de valor de reatividade substancialmente planar. a barra de controle cinza e o conjunto contendo a requerida capacidade de controle de reatividade podem ser obtidos pelo aumento ou pela diminuição da dosagem de material do absorvedor de nêutrons.
Description
[001] A presente invenção refere-se à tecnologia de controle de reatividade em usinas nucleares e, especialmente, refere-se a uma barra de controle cinza e absorvedor de nêutrons da mesma, bem como a um conjunto de barras de controle cinzas.
[002] Atualmente, as usinas nucleares normalmente controlam a potência do reator através do aumento e da inserção do conjunto de barras de controle. O conjunto de barras de controle é geralmente dividido em duas categorias: conjunto de barras de controle pretas e conjunto de barras de controle cinzas. No reator, o conjunto de barras de controle pretas é utilizado principalmente para o desligamento de emergência, enquanto o conjunto de barras de controle cinzas é utilizado para a compensação da reatividade e rastreamento de cargas. Durante a operação do reator, utilizando o modo operacional de compensação mecânica para o controle da reatividade, isto é, utilizando o conjunto de barras de controle cinzas, em vez de utilizar o compensador químico (ajustando a concentração de boro), para fornecer um controle de reatividade ao procedimento de rastreamento de cargas e à operação de potência máxima, pode-se diminuir as necessidades de escoar diariamente o líquido de arrefecimento do reator principal a um mínimo, de modo a simplificar consideravelmente o sistema de controle de volume e químico, bem como de sua operação.
[003] O conjunto de barras de controle pretas inclui uma pluralidade de barras de controle pretas, que são encapsuladas dentro do absorvedor de nêutrons de formato cilíndrico. Os materiais comumente utilizados para o absorvedor de nêutrons na barra de controle preta compreendem liga de prata-índio-cádmio (liga constituída de Ag-In-Cd, com fração de massa de aproximadamente 15% de índio, 5% de cádmio e o resto de prata), prata metálica (Ag), disprósio metálico (Dy), háfnio metálico (IC), érbio metálico (Er), európio metálico (Eu), gadolínio metálico (Gd), boro (B) e carboneto de boro (B4C). Os absorvedores de nêutrons correspondentes são frequentemente chamados de barra de liga constituída de Ag-In-Cd, barra de Ag, barra de Dy, barra de Hf, barra de Er, barra de Eu, barra de Gd, barra de B e barra de B4C.
[004] Uma vez que o conjunto de barras de controle cinzas é utilizado para compensação de reatividade e rastreamento de cargas, é necessário ter um valor de reatividade menor do que o do conjunto de barras de controle pretas, o qual é utilizado principalmente para desligamento de emergência. Um valor de reatividade adequado do conjunto de barras de controle cinzas é de aproximadamente 20% a 45% do valor de reatividade da barra de controle preta de liga constituída de Ag-In-Cd, de preferência, aproximadamente de 25% a 40% do valor de reatividade da barra de controle preta de liga constituída de Ag-In-Cd. Por conseguinte, o desenho convencional do conjunto de barras de controle cinzas utiliza uma estrutura típica do conjunto de barras de controle pretas, ou seja, o absorvedor de nêutrons na barra de controle cinza do conjunto de barras de controle cinzas utiliza materiais como na barra de controle preta do conjunto de barras pretas e o absorvedor de nêutrons da barra de controle cinza tem um diâmetro menor do que o da barra de controle preta, ou o número de barras de controle cinzas é menor do que o número de barras de controle pretas. Por exemplo, utilize uma barra de controle cinza, cujo absorvedor de nêutron seja uma barra de liga constituída de Ag-In-Cd, barra de Hf ou barra de Dy com diâmetro de 2 mm, ou cujo absorvedor de nêutrons seja composto de quatro barras de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão (8,7 mm) e de vinte barras de aço inoxidável, para a formação do conjunto de barras de controle cinzas. No entanto, uma vez que o conjunto de barras de controle cinzas precisa ser inserido na região ativa do reator para implementar o controle de reatividade durante um longo período, os elementos do absorvedor de nêutrons da barra de controle serão consumidos e transmutados juntamente com o consumo do combustível. Depois disso, a capacidade de absorção total continuará a diminuir ou até mesmo diminuir rapidamente juntamente com o consumo de combustível, o que afetará a capacidade de controle do conjunto de barras de controle cinzas sob o modo operacional de compensação mecânica.
[005] A Figura 1 mostra as curvas de valor de reatividade - consumo de combustível da barra de liga constituída de Ag-In-Cd, barra de HF e barra de Dy com diâmetro padrão (8,7 mm). Pode-se observar que o valor de reatividade da barra de liga constituída de Ag-In-Cd diminui mais de 25% (considerando o valor de reatividade da barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão como referência, para comparação).
[006] Pode-se observar que, apesar de o método de redução do diâmetro do absorvedor de nêutrons de uma barra de controle cinza poder diminuir o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas e poder alcançar uma capacidade de controle de reatividade relativamente fraca, o efeito de autoblindagem do absorvedor de nêutrons diminuirá correspondentemente e levará a uma redução mais rápida da reatividade. Seu valor de reatividade no final da sua vida útil será menor do que o valor mínimo necessário, que é exigido para cumprir a função da barra de controle cinza. O método para reduzir o número das barras de controle cinzas pode diminuir o valor da reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas e pode atingir uma capacidade de controle de reatividade fraca, mas a capacidade de controle de reatividade no reator não é constante. Tendo a barra de liga constituída de Ag-In-Cd como um exemplo, uma vez que possui uma seção transversal de absorção de nêutrons relativamente grande, especialmente porque a seção transversal de absorção de nêutrons dos produtos transmutados pelos isótopos naturais Ag, In e Cd diminui de modo óbvio, o valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas reduzirá em aproximadamente 80% do valor inicial dentro de aproximadamente cinco anos e deixará de cumprir a exigência do valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas sob o modo de compensação mecânica. Ele deverá ser substituído por um novo conjunto de barras de controle cinzas. Se o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas com liga constituída de Ag-In-Cd for aumentado, poderá compensar a quantidade menor do valor de reatividade depois de um longo período, e, correspondentemente, aumentar a sua vida útil. No entanto, uma vez que o valor inicial de reatividade é significativamente aumentado, quando o conjunto de barras de controle cinzas for extraído dos conjuntos de combustível, o nível de potência das barras de combustível, que, além das barras de controle cinzas, subirá rapidamente. Portanto, o poder calorífico inferior (PCI) é mais provável de ocorrer, o que pode afetar a segurança das barras de combustível. Além disso, uma vez que a liga constituída de Ag-In- Cd irá gerar uma grande quantidade de Sn (estanho) e Cd (cádmio) depois de ter sido irradiada durante um curto espaço de tempo no interior do núcleo, resultará em grandes alterações na densidade do material e levará a uma severa expansão do volume, o que causará uma ruptura precoce do tubo de revestimento e a falha do conjunto de barras de controle cinzas.
[007] Portanto, deve ser considerado o efeito do tempo do valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas. E o conjunto de barras de controle cinzas deve ser obrigado a ter um valor de reatividade suficiente depois de um longo período até o final da vida útil, o que pode satisfazer a capacidade de controle sob o modo operacional de compensação mecânica. No entanto, se o declínio da reatividade for compensado pelo aumento do valor inicial de reatividade, para fazer com que o valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas exceda significativamente o mínimo necessário, a distribuição de energia dentro do núcleo será afetada. Por exemplo, a distribuição de energia do elemento de combustível no núcleo do reator pode tornar-se irregular e o efeito do poder calorífico inferior (PCI) será provocado. Portanto, a taxa de perda da reatividade do material no interior da barra de controle preta deve ser mais lenta, isto é, um método adequado é necessário para compensar a diminuição da quantidade da sua reatividade com a intensificação do consumo de combustível.
[008] A Westinghouse Electric Corporation fornece um conjunto alternativo de barras de controle cinzas e em seu pedido de patente chinesa CN101504872A descreve um conjunto de barras de controle cinzas que, de preferência, utiliza tungstênio, liga de tungstênio ou compostos de tungstênio como o material absorvedor. Uma vez que o tungstênio produz rênio-187 depois de absorver nêutrons, os equivalentes da barra concebida (ou seja, valor da reatividade) do conjunto de barras de controle cinzas de tungstênio (GRCA) têm inicialmente uma tendência ligeiramente crescente e manteve-se relativamente estável. O rênio-187 é produzido pelo tungstênio-186 através da absorção de nêutrons e pelo tungstênio-187 através do decaimento beta (β). A seção transversal de absorção de nêutrons do rênio-187 é maior do que a do isótopo- pai, e quase compensa suficientemente as perdas lentas de todos os isótopos de absorção presentes originalmente no tungstênio, e não tem efeitos negativos sobre a absorção de nêutrons do conjunto de barras de controle cinzas. Portanto, este método técnico utiliza o aumento do valor de reatividade do elemento descendente produzido por transmutação do tungstênio dentro do conjunto de barras de controle cinzas, para compensar o valor de reatividade reduzida do tungstênio ao longo do tempo, e ganha característica de perda de valor de reatividade substancialmente planar. De tal modo, soluciona o problema de que o conjunto de barras de controle cinzas que utiliza a liga constituída de Ag-In-Cd tem perda rápida e picos aparentes na potência parcial.
[009] No entanto, o material tungstênio do absorvedor de nêutrons apresentado no método técnico do pedido de patente acima é um material de alta densidade. Limitada pela alta densidade do tungstênio, para assegurar que o peso do conjunto de barras de controle cinzas não exceda o limite de carga do conjunto de barras de controle cinzas, a quantidade de tungstênio que pode preencher o tubo de revestimento da barra de controle é relativamente pequena. Ele não pode ser preenchido com barras de tungstênio cujo diâmetro seja maior do que 6,4 mm. E foi considerado que o espaço restante do tubo de revestimento deve ser preenchido com o material do tubo de suporte feito de ligas à base de zircônio, ferro, níquel (o seu peso é muito impressionante) e a quantidade de tungstênio deve ser ainda mais reduzida. Deste modo, o valor máximo de reatividade fornecido pelo absorvedor de nêutrons que utiliza tungstênio vai ser ainda mais reduzido. Esta é uma limitação do valor máximo de reatividade que o conjunto de barras de controle cinzas pode oferecer. Na verdade, para o material de absorção de nêutrons, cuja capacidade de absorção de nêutrons não é forte, por exemplo, cuja seção transversal de absorção microscópica é de 10-30 barns, mesmo quando o espaço no tubo de revestimento da barra de controle cinza for completamente preenchido, o valor de reatividade equivalente ou superior a cinco barras de liga constituída de Ag- In-Cd padrão não pode será alcançado. Portanto, para os reatores de grande potência e com mais capacidade dos conjuntos de combustível no núcleo do reator, se o conjunto de barras de controle cinzas utilizar um material absorvedor de capacidade de absorção de nêutrons mais fraca, como o tungstênio, para obter a mesma capacidade de controle da reatividade, mais etapas terão que ser incluídas para atender às exigências funcionais do modo operacional de compensação mecânica. Isso não só traz inconveniência para as estratégias de escolha de modo operacional de compensação mecânica, mas como também aumenta significativamente o desgaste do conjunto de barras de controle cinzas, a vida útil esperada será encurtada e ainda não atenderá às exigências da capacidade de controle da reatividade de algum reator grande.
[010] Consequentemente, os especialistas na técnica dedicam-se ao desenvolvimento de uma barra de controle cinza e de um absorvedor de nêutrons da mesma, bem como de um conjunto de barras de controle cinzas, que possam obter um maior valor de reatividade e também possam atingir uma característica de perda de valor de reatividade substancialmente planar.
[011] Em vista das falhas da técnica anterior acima mencionadas, a solução do problema técnico a ser resolvido pela presente invenção consiste em fornecer uma barra de controle cinza e um absorvedor de nêutrons da mesma, bem como um conjunto de barras de controle cinzas. Ao utilizar materiais de absorvedores de nêutron da barra de controle preta, a qual tem uma grande seção transversal de absorção de nêutrons e capacidade de absorção de nêutrons, como um componente do absorvedor de nêutrons de uma barra de controle cinza, e ao adicionar outro(s) componente(s) para compensar e ajustar, pode-se obter uma barra de controle cinza e um conjunto de barras de controle cinzas com maior amplitude de valor de reatividade.
[012] Para atingir o objetivo acima, a presente invenção apresenta um absorvedor de nêutrons de uma barra de controle cinza, caracterizado pelo fato de o absorvedor de nêutrons compreender pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, sendo que o valor da reatividade do primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, e o valor da reatividade do segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta; o valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons; e o tempo de serviço não é superior a 20 anos.
[013] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro componente é térbio metálico, praseodímio metálico, níquel metálico, ou o composto constituído de térbio, praseodímio, níquel, ou a liga constituída de térbio, praseodímio, níquel; o segundo componente é prata metálico, disprósio metálico, háfnio metálico, érbio metálico, európio metálico, ou o composto constituído de prata, disprósio, háfnio, érbio, európio, boro, ou a liga constituída de prata, disprósio, háfnio, érbio ou európio. O primeiro componente, o segundo componente e o absorvedor de nêutrons podem ser porosos ou de densidade reduzida ou diluída ou na forma de liga ou na forma de composto.
[014] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro componente é o térbio metálico ou o óxido de térbio ou titanato de térbio ou liga de térbio.
[015] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o absorvedor de nêutrons é uma liga constituída de térbio-disprósio, ou uma sinterização de uma mistura de óxido de térbio e óxido de disprósio, ou uma sinterização da mistura de titanato de disprósio e titanato de térbio.
[016] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o absorvedor de nêutrons é um cilindro com diâmetro de D, sendo que 1,0mm<D<8,7mm, e a unidade de D é o milímetro; a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, sendo que - 0,0688xD+0,6388<x<-0,0026xD+0i8626; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 10% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[017] Em outra modalidade da presente invenção, no absorvedor de nêutrons, -0,0571xD+0,7371<x<0,0039xD+0,7261; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 5% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[018] Em outra modalidade da presente invenção, 1,3mm<D<3,3mm.
[019] Em outra modalidade da presente invenção, 1,8mm<D<3,0mm.
[020] Em outra modalidade da presente invenção, D=2mm, x=70%; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 2,8% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[021] A presente invenção também apresenta uma barra de controle cinza, que compreende um tubo cilíndrico de revestimento, um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior para a vedação das duas extremidades do tubo cilíndrico de revestimento, sendo que o absorvedor de nêutrons é encapsulado no tubo de revestimento, caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons compreender pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, sendo que o valor da reatividade do primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, e o valor da reatividade do segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta; o valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons; e o tempo de serviço não é superior a 20 anos.
[022] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro componente é térbio metálico, praseodímio metálico, níquel metálico, ou o composto constituído de térbio, praseodímio, níquel, ou a liga constituída de térbio, praseodímio, níquel; o segundo componente é prata metálico, disprósio metálico, háfnio metálico, érbio metálico, európio metálico, ou o composto constituído de prata, disprósio, háfnio, érbio, európio, boro, ou a liga constituída de prata, disprósio, háfnio, érbio ou európio. O primeiro componente, o segundo componente e o absorvedor de nêutrons podem ser porosos ou de densidade reduzida ou diluída ou na forma de liga ou na forma de composto.
[023] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o absorvedor de nêutrons é uma liga constituída de térbio-disprósio, ou uma sinterização de uma mistura de óxido de térbio e óxido de disprósio, ou uma sinterização da mistura de titanato de disprósio e titanato de térbio.
[024] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o absorvedor de nêutrons é um cilindro com diâmetro de D, sendo que 1,0mm<D<8,7mm, e a unidade de D é o milímetro; a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, sendo que - 0,0688xD+0,6388<x<-0,0026xD+0i8626; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 10% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[025] Em outra modalidade da presente invenção, no absorvedor de nêutrons, -0,0571*D+0,7371<x<0,0039xD+0,7261; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 5% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[026] Em outra modalidade da presente invenção, 1,3mm<D<3,3mm.
[027] Em outra modalidade da presente invenção, 1,8mm<D<3,0mm.
[028] Em outra modalidade da presente invenção, D=2mm, x=70%; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 2,8% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[029] A presente invenção também descreve um conjunto de barras de controle cinzas, que compreende uma pluralidade de barras de controle cinzas, sendo que cada barra de controle compreende um tubo cilíndrico de revestimento, um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior para a vedação das duas extremidades do tubo cilíndrico de revestimento, sendo que o absorvedor de nêutrons é encapsulado no tubo de revestimento, caracterizado pelo fato de o absorvedor de nêutrons compreender pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, sendo que o valor da reatividade do primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, e o valor da reatividade do segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta; o valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons; e o tempo de serviço não é superior a 20 anos.
[030] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro componente é térbio metálico, praseodímio metálico, níquel metálico, ou o composto constituído de térbio, praseodímio, níquel, ou a liga constituída de térbio, praseodímio, níquel; o segundo componente é prata metálico, disprósio metálico, háfnio metálico, érbio metálico, európio metálico, ou o composto constituído de prata, disprósio, háfnio, érbio, európio, boro, ou a liga constituída de prata, disprósio, háfnio, érbio ou európio. O primeiro componente, o segundo componente e o absorvedor de nêutrons podem ser porosos ou de densidade reduzida ou diluída ou na forma de liga ou na forma de composto.
[031] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o absorvedor de nêutrons é uma liga constituída de térbio-disprósio, ou uma sinterização de uma mistura de óxido de térbio e óxido de disprósio, ou uma sinterização da mistura de titanato de disprósio e titanato de térbio; o absorvedor de nêutrons é um cilindro com diâmetro de D, sendo que 1,0mm<D<8,7mm, e a unidade de D é o milímetro; a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, sendo que -0,0688xD+0,6388<x<-0,0026xD+0i8626; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 10% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[032] Em outra modalidade da presente invenção, no absorvedor de nêutrons, -0,0571xD+0,7371<x<0,0039xD+0,7261; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 5% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[033] Em outra modalidade da presente invenção, 1,3mm<D<3,3mm.
[034] Em outra modalidade da presente invenção, 1,8mm<D<3,0mm.
[035] Em outra modalidade da presente invenção, D=2mm, x=70%; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 2,8% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons.
[036] Em uma modalidade preferida, a presente invenção apresenta um absorvedor de nêutrons de uma barra de controle cinza, o qual compreende um primeiro componente e um segundo componente. O referido primeiro componente é térbio metálico ou um composto constituído de térbio, ou uma liga constituída de térbio. O referido segundo componente é disprósio metálico, ou um composto constituído de disprósio ou uma liga constituída de disprósio, ou uma liga constituída de prata-índio-cádmio. Foi analisado o uso da barra de liga constituída de Dy-Tb como o absorvedor de nêutrons. Em particular, para as situações de térbio com percentual de massa diferente (30%, 50%, 68%, 70% e 90%) e a barra de liga constituída de Dy-Tb com diâmetros diferentes (1mm, 2mm, 3mm e 8,7mm), o valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza a barra de liga constituída de Dy-Tb como o absorvedor de nêutrons foi calculado em diferentes tempos de serviço e foram obtidas as curvas do valor de reatividade correspondente em relação ao tempo de serviço (vide Figura 3). A presente invenção analisa os resultados do cálculo acima (vide Figura 4) e fornece uma fórmula de ajuste. Portanto, a fração de massa de Tb e o diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb podem ser estimados para o valor de reatividade necessário do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza a barra de liga constituída de Dy-Tb como o absorvedor de nêutrons e a amplitude do valor de reatividade variou em relação ao tempo de serviço (vide Figuras 5 e 6). Por conseguinte, a barra de controle cinza e o conjunto de barras de controle cinzas que utiliza o absorvedor de nêutrons acima foram incluídos na presente invenção.
[037] Consequentemente, a presente invenção pode obter o absorvedor de nêutrons com uma característica de perda de valor de reatividade substancialmente planar, por meio do uso do absorvedor de nêutrons contendo um componente cujo valor de reatividade aumenta e um componente cujo valor de reatividade diminui com o aumento do tempo de serviço, e do ajustamento da proporção dos componentes no absorvedor de nêutrons. Ao aumentar ou diminuir a dosagem de material do absorvedor de nêutrons, pode- se obter a barra de controle cinza e o conjunto com a capacidade de controle da reatividade necessária. Isto é diferente da barra de controle e do conjunto descritos na patente CN101504872A. Na patente CN101504872A, 187Re, transmutado a partir de um isótopo de tungstênio 186W, tem uma seção transversal de absorção de nêutrons maior do que o 186W, compensando, assim, a lenta diminuição do valor de reatividade causada por outros isótopos de tungstênio. Existem dois radionuclídeos naturais do elemento Re, sendo que um é 185Re com abundância de 37,4% e o outro é 187Re com abundância de 62,6%. 185Re transmuta em 186Re e cria 186Os através do decaimento beta (β), e o valor de reatividade diminui lentamente. 186Os cria 187Os, e o valor de reatividade aumenta lentamente. Quando 187Os cria 188Os e para a reação, o valor de reatividade diminui lentamente. Isso significa que o valor de reatividade de 185Re geralmente permanece estável. Mas 187Re cria 188Re e cria 188Os rapidamente através do decaimento beta (β), e o valor de reatividade diminui significativamente. Por conseguinte, o efeito total destes dois isótopos geralmente leva o valor de reatividade do elemento Re a diminuir com o tempo de serviço.
[038] Comparando o absorvedor de nêutrons que utiliza tungstênio com o absorvedor de nêutrons da presente invenção, o absorvedor de nêutrons de liga constituída de Dy-Tb apresenta as vantagens abaixo. Primeiramente, a seção transversal térmica de absorção de nêutrons do elemento Dy (930 barns) é muito grande, a seção transversal térmica de absorção de nêutrons do elemento Tb (25,5 barns) e a seção transversal de absorção de ressonância (418 barns) são grandes, a capacidade de absorção de nêutrons deles é muito mais alta do que o absorvedor de nêutrons que utiliza tungstênio. E a densidade do elemento Dy (8,54g/cm3) e do elemento Tb (8,23g/cm3) é pequena, ainda menor do que a densidade da liga constituída de Ag-In-Cd (10,17g/cm3), de tal modo que a quantidade da liga constituída de Dy- Tb não será limitada pela densidade. Portanto, por meio do uso deste tipo de liga como o absorvedor de nêutrons, aumenta-se significativamente o valor máximo de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas. O valor de reatividade do elemento Dy apresenta uma diminuição quase linear com o consumo de combustível, conforme mostrado na curva de valor de reatividade - tempo de serviço do elemento Dy na Figura 1. Mas, o valor de reatividade do elemento Tb apresenta um aumento quase linear com o consumo de combustível. Por meio do ajustamento da proporção do elemento Dy e do elemento Tb no absorvedor de nêutrons, como, por exemplo, 1:1 (como Dy-50Tb mostrado na Figura 2, a fração de massa do elemento Tb no absorvedor de nêutrons é de 50%, o resto é Dy), pode ser obtida uma característica de perda de valor de reatividade mais planar do que a do absorvedor de nêutrons que utiliza tungstênio, e o risco de poder calorífico inferior (PCI) é menor. O efeito semelhante pode ser alcançado pela adição do elemento Tb na barra de liga constituída de Ag-In-Cd ou combinando-os por meio de uma certa estrutura. Como em Ag-In-Cd-50Tb mostrada na Figura 2, a fração de massa do elemento Tb no absorvedor de nêutrons é de 50%, o resto é a liga constituída de Ag-In-Cd.
[039] Em segundo lugar, o valor máximo do valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza o absorvedor de nêutrons, como, por exemplo, a liga constituída de Dy-Tb na presente invenção, é muito maior do que o de tungstênio da técnica anterior. Conforme ilustração na Figura 2, o valor máximo de reatividade relativa do conjunto de barras de controle que utiliza a barra de liga constituída de Dy-50TB e a barra de liga constituída de Ag-In-Cd-50TB como absorvedor de nêutrons são 1,37 e 1,23, respectivamente. O valor máximo de reatividade relativa do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza barra de tungstênio como absorvedor de nêutrons é 0,27. Portanto, é fácil obter a reatividade relativa do valor exigido de 0,20 a 0,45 do conjunto de barras de controle cinzas e obter o valor de reatividade preferivelmente relativa de 0,25 a 0,40, por meio da redução do diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb.
[040] Além disso, conforme ilustração na Figura 3, para os conjuntos de barras de controle que utilizam barra de liga constituída de Dy-Tb com diferentes diâmetros e componentes como seu absorvedor de nêutrons, o seu valor de reatividade relativa é distribuído dentro de uma grande variedade (valor de reatividade relativa de 0,18 a 1,37) e pode manter uma característica de perda de valor de reatividade relativamente plana ou ainda mais planar do que o de tungstênio, quando configurado com uma determinada percentagem de composição química e um diâmetro específico. É fácil obter a reatividade relativa do valor exigido de 0,20 a 0,45 do conjunto de barras de controle cinzas e obter o valor de reatividade preferivelmente relativa de 0,25 a 0,40. Por exemplo, para o conjunto de barras de controle cinzas que utiliza a barra de liga constituída de Dy-70Tb com um diâmetro de 2 mm como o absorvedor de nêutrons, o valor de reatividade relativa é 0,27. Outro exemplo, para o conjunto de barras de controle cinzas que utiliza a barra de liga constituída de Dy-68Tb com um diâmetro de 2 mm como o absorvedor de nêutrons, o valor de reatividade relativa é de 0,40. Ao utilizar o absorvedor de nêutrons da presente invenção, pode ser obtido o conjunto de barras de controle cinzas com um valor de reatividade maior, como, por exemplo, um valor de reatividade relativa de 0,30, o que não só pode trazer conveniência para a estratégia de seleção do modo operacional de compensação mecânica, mas também pode reduzir significativamente o número de etapas do conjunto de barras de controle cinzas, reduzir o desgaste do tubo de revestimento da barra de controle cinza e prolongar a vida útil do conjunto de barras de controle cinzas.
[041] Além disso, o elemento Tb é muito raro, seu preço é alto e sua seção transversal de absorção de nêutrons térmicos não é alta (25,5 barns). Mas sua seção transversal de absorção de ressonância (418 barns) é grande, em especial, criará 160Tb (525 barns) e 161Dy (600 barns) com forte capacidade de absorção por transmutação, e, portanto, geralmente não será considerado como material de absorção da barra de controle cinza. No entanto, conforme descrição na presente invenção, ele pode ser utilizado como o absorvedor de nêutrons juntamente com um elemento de absorção forte (como, por exemplo, Dy), cujo valor de reatividade diminui com o consumo de combustível e a quantidade utilizada do mesmo é pequena para obter o conjunto de barras de controle cinzas com valor de reatividade menor do que o do conjunto de barras de controle pretas. Portanto, quando o Tb metálico ou o composto de Tb ou a liga constituída de Tb for utilizado/a como o absorvedor de nêutrons, conforme mencionado na presente invenção, o custo não será tão elevado e estará completamente dentro da variação aceitável.
[042] Agora em referência à Figuras, a concepção, a estrutura detalhada e o efeito técnico induzido da presente invenção serão expostos para a devida compreensão da finalidade, das caracterizações e dos efeitos da presente invenção.
[043] A Figura 1 mostra as curvas de relação do valor de reatividade em relação ao tempo de serviço para os conjuntos de barras de controle de cinzas que utilizam barra de Hf puro, barra de Dy puro e barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão como os seus absorvedores de nêutrons. Os valores de reatividade mostrados na Figura 1 são valores relativos em comparação com o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão, como o absorvedor de nêutrons.
[044] A Figura 2 mostra as curvas de relação do valor de reatividade em relação ao tempo de serviço para os conjuntos de barras de controle de cinzas que utilizam barra de tungstênio, barra de liga constituída de Dy-50TB e barra de liga constituída de Ag-In-Cd-Tb como seus absorvedores de nêutrons. Os valores de reatividade mostrados na Figura 2 são valores relativos em comparação com o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão, como o absorvedor de nêutrons.
[045] A Figura 3 mostra as curvas de relação de valor de reatividade em relação ao tempo de serviço para os conjuntos de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Dy-Tb com diâmetros diferentes e fração de massa de Tb como seus absorvedores de nêutrons. Os valores de reatividade mostrados na Figura 3 são valores relativos em comparação com o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão como o absorvedor de nêutrons.
[046] A Figura 4 mostra as curvas de relação de amplitude de variação em relação à fração de massa de Tb para os conjuntos de barras de controle de cinzas que utilizam barra de liga constituída de Dy-Tb com diâmetro de 1,0 mm e 8,7 mm, como os seus absorvedores de nêutrons; a amplitude de variação é a amplitude de variação do valor de reatividade relativa ao tempo de serviço.
[047] A Figura 5 mostra o intervalo de valores do diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb e a fração de massa de Tb da barra de liga constituída de Dy-Tb, que serve como absorvedor de nêutrons, quando a sua amplitude de variação de valor de reatividade em relação ao tempo de serviço não for mais do que 5% e 10%.
[048] A Figura 6 mostra a curva de relação de valor de reatividade em relação ao diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb para o conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Dy-Tb como o absorvedor de nêutrons. Os valores de reatividade mostrados na figura são valores relativos em comparação com o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão como o absorvedor de nêutrons.
[049] Na presente invenção, foi analisado o uso da barra de liga constituída de Dy-TB como o absorvedor de nêutrons. Em particular, para a situação de térbio com percentagem de massa diferente (30%, 50%, 68%, 70% e 90%) e a barra de liga constituída de Dy-Tb tendo diâmetros diferentes (1 mm, 2 mm, 3 mm e 8,7 mm), o valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Dy-Tb como absorvedor de nêutrons foi calculado em tempo de serviço diferente. O resultado calculado foi mostrado na Figura 3. Na Figura 3, Dy-50TB (Φ1,0mm) representa a barra de liga constituída de térbio disprósio com fração de massa de Tb de 50% e o diâmetro de 1,0 mm. A representação de outras barras de liga é a mesma e não será descrita aqui várias vezes.
[050] A Figura 3 mostra as curvas de relação de valor de reatividade em relação ao tempo de serviço para os conjuntos de barras de controle de cinzas que utilizam barras de liga constituída de Dy-Tb com diâmetro diferente e fração de massa de Tb como seus absorvedores de nêutrons. O valor de reatividade mostrado na Figura 3 é um valor relativo em comparação com o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão, como o absorvedor de nêutrons. Ou seja, o valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão como o absorvedor de nêutrons é de 1,0. O seguinte valor de reatividade (valor relativo), que não será especificamente descrito, e o valor de reatividade relativa são todos relativos ao valor de reatividade inicial do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Ag-In-Cd com diâmetro padrão, como o absorvedor de nêutrons. O tempo de serviço não é superior a 20 anos, uma vez que o absorvedor de nêutrons é encapsulado em um tubo de revestimento da barra de controle cinza e a barra de controle cinza é uma parte integrante do conjunto de barras de controle cinzas; o tempo de serviço pode ser o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons e também pode ser o tempo de serviço da barra de controle cinza ou do conjunto de barras de controle cinzas.
[051] A proporção da diferença entre o valor máximo e o valor mínimo para o valor mínimo (isto é, a proporção do valor máximo para o valor mínimo menos 1) do valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas durante todo o tempo de vida útil (20 anos) é denominada amplitude de variação do valor de reatividade relativo ao tempo de serviço (em suma, amplitude de variação ou amplitude de variação do valor de reatividade). Em geral, quando a amplitude de variação for inferior a 10%, a variação do valor de reatividade não afetará o modo operacional da estratégia de compensação mecânica e nem aumentará, significativamente, o risco de poder calorífico inferior (PCI). Ao calcular a amplitude de variação do valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utilizam barra de liga constituída de Dy-Tb com diâmetros diferentes e a fração de massa de Tb como os absorvedores de nêutrons mostrados na Figura 3, as curvas de relação da amplitude de variação do valor de reatividade em relação à fração de massa de Tb podem ser ajustadas e obtidas para os conjuntos de barras de controle de cinzas que utilizam barras de liga constituída de Dy-Tb com diâmetro de 1,0 mm e 8,7 mm como os absorvedores de nêutrons, conforme ilustração na Figura 4.
[052] As seguintes conclusões podem ser derivadas a partir das curvas de ajuste da Figura 4: para a barra de liga constituída de Dy-Tb de 1mm, a amplitude de variação não é mais do que 10% enquanto a fração de massa de Tb varia entre 57% e 86%, para a barra de liga constituída de Dy-Tb de 8,7 mm, a amplitude de variação não é mais do que 10% enquanto a fração de massa de Tb varia entre 4% e 84%. Isto é, uma amplitude de variação de não mais do que 10% pode ser obtida por meio da combinação da composição (a fração de massa de TB é x), que é na região delimitada pelos quadrados sólidos e pelas linhas na Figura 5 e pelo diâmetro D (unidade: mm) da barra de liga constituída de Dy-Tb. A região também pode ser expressa pela fórmula geral como: -0,0688 x D + -0,6388<x< 0,0026 x D + 0,8626, 1,0mm<D<8,7mm.
[053] As seguintes conclusões preferidas podem ser derivadas a partir das curvas de ajuste da Figura 4: para a barra de liga constituída de Dy-Tb de 1mm, a amplitude de variação não é mais do que 5% enquanto a fração de massa de Tb varia entre 68% e 73%, para a barra de liga constituída de Dy-Tb de 8,7 mm, a amplitude de variação não é mais do que 5% enquanto a fração de massa de Tb varia de 24% a 76%. Isto é, uma amplitude de variação de não mais do que 5% pode ser obtida por meio da combinação da composição (a fração de massa de Tb é x), que é na região delimitada pelos círculos sólidos e pelas linhas na Figura 5 e pelo diâmetro D (unidade: mm) da barra de liga constituída de Dy-Tb. A região também pode ser expressa pela fórmula geral como: -0,0571 x D + 0,7371<x<0,0039 x D + 0,7261, 1,0mm<D<8,7mm.
[054] As curvas de relação de valor de reatividade em relação ao diâmetro para os conjuntos de barras de controle de cinzas que utilizam barras de liga constituída de Dy-Tb como os absorvedores de nêutrons são mostradas na Figura 6. Pode-se observar na Figura 6, quando o valor de reatividade (valor relativo, ou o chamado valor de reatividade relativa) for de 0,20, o diâmetro correspondente da barra de liga constituída de Dy-70Tb será de 1,3 mm; quando o valor de reatividade relativa for de 0,45, o diâmetro correspondente da barra de liga constituída de Dy-70Tb será de 3,3 mm. Quando o valor de reatividade relativa for de 0,25, o diâmetro correspondente da barra de liga constituída de Dy-70Tb será de 1,8 mm e quando o valor de reatividade relativa for de 0,40, o diâmetro correspondente da barra de liga constituída de Dy-70Tb será de 3,0 mm.
[055] Pode-se observar na Figura 3 que o principal fator que afeta o valor de reatividade de um conjunto de barras de controle cinzas é o diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb, que é utilizada como o absorvedor de nêutrons. Contanto que a amplitude da variação do valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas não seja mais do que 10%, mesmo que o conteúdo de Tb mude consideravelmente, o diâmetro da barra de liga poderá ainda ser calculado através da curva mostrada na Figura 6, por meio do uso do valor de reatividade inicial da barra de liga constituída de Dy-70Tb.
[056] Deste modo, os resultados na Figura 5 também são definidos para o valor de reatividade relativa de 0,20 a 0,45, o qual o conjunto de barras de controle cinzas requer, e para o valor de reatividade relativa preferido de 0,25 a 0,40. Ou seja, o diâmetro da barra de liga constituída de Tb-Dy correspondente ao valor de reatividade relativa de 0,20 a 0,45 é: 1,3mm<D<3,3mm; o diâmetro da barra de liga constituída de Tb-Dy correspondente ao valor de reatividade relativa preferido de 0,25 a 0,40 é: 1,8 mm<D<3,0mm.
[057] A variação de parâmetros da barra de liga constituída de Tb-Dy que atende às necessidades do valor de reatividade relativa de 0,20 a 0,45 e da amplitude de variação não superior a 10% do conjunto de barras de controle cinzas é: -0,0688 x D + 0,6388<x<-0,0026 x D + 0,8626, 1,3mm<D<3,3mm. A variação de parâmetros da barra de liga constituída de Tb- Dy que atende às necessidades do valor de reatividade relativa de 0,25 a 0,40 e da amplitude de variação não superior a 10% do conjunto de barras de controle cinzas é: -0,0688 x D + 0,6388<x<-0,0026 x D + 0,8626, 1,8mm<D<3,0mm.
[058] A variação de parâmetros da barra de liga constituída de Tb-Dy que atende às necessidades do valor de reatividade relativa de 0,20 a 0,45 e da amplitude de variação não superior a 5% do conjunto de barras de controle cinzas é: -0,0571 x D + 0,7371<x<0,0039 x D + 0,7261, 1,3mm<D<3,3mm. A variação de parâmetros da barra de liga constituída de Tb- Dy que atende às necessidades do valor de reatividade relativa de 0,25 a 0,40 e da amplitude de variação não superior a 5% do conjunto de barras de controle cinzas é: -0,0571 x D + 0,7371<x<0,0039 x D + 0,7261, 1,8mm<D<3,0mm.
[059] Além da liga constituída de Tb-Dy acima, também pode ser utilizada a sinterização da mistura de óxido de térbio e de óxido de disprósio como o absorvedor de nêutrons. O produto da sinterização é um material cerâmico que tem uma melhor resistência à corrosão do que a liga constituída de Dy-Tb. Uma vez que a capacidade de absorção de nêutrons do oxigênio é quase zero, será fácil para os especialistas na técnica calcularem e obterem a variação de parâmetros do diâmetro do óxido de térbio exigida pelo conjunto de barras de controle cinzas, por meio do uso da variação de parâmetros acima do conteúdo de Tb e do diâmetro da liga constituída de Dy- Tb.
[060] O absorvedor de nêutrons compreendendo os elementos Dy e Tb e outros elementos que têm pouco efeito sobre o valor de reatividade, como, por exemplo, Zr, Fe, Ni, Nb e Mo, também podem ser utilizados. Uma vez que a capacidade de absorção de nêutrons destes elementos é tão fraca, será fácil para os especialistas na técnica calcularem e obterem a variação de parâmetros do diâmetro da liga de Tb exigida pelo conjunto de barras de controle cinzas, por meio do uso da variação de parâmetros acima do conteúdo de Tb e do diâmetro da liga constituída de Dy- Tb.
[061] Uma solução mais preferível pode ser utilizada, na qual o produto de sinterização da mistura de titanato de disprósio e titanato de térbio é utilizado como o absorvedor de nêutrons, sendo que a estrutura original do material tem uma forte resistência ao inchamento por irradiação. Uma vez que a capacidade de absorção de nêutrons do oxigênio é quase zero e a capacidade de absorção de nêutrons do titânio é tão fraca, será fácil para os especialistas na técnica calcularem e obterem a variação de parâmetros do diâmetro do titanato de térbio exigida pelo conjunto de barras de controle cinzas, por meio do uso da variação de parâmetros acima do conteúdo de Tb e do diâmetro da liga constituída de Dy-Tb.
[062] Além do segundo componente de disprósio metálico ou do composto de disprósio ou da liga constituída de disprósio, outro segundo componente pode ser utilizado, como, por exemplo, o segundo componente da liga constituída de Ag-In-Cd. Foi mostrado na Figura 2 o absorvedor de nêutrons que é da liga constituída de Ag-In-Cd a ser adicionada com Tb metálico a uma fração de massa de 50%. Este absorvedor de nêutrons tem uma amplitude de variação melhorada do valor de reatividade relativo ao tempo de serviço.
[063] Além do primeiro componente de térbio metálico, óxido de térbio, titanato de térbio e liga de térbio, outro primeiro componente também pode ser utilizado, como, por exemplo, praseodímio metálico, níquel metálico, ou o composto constituído de praseodímio, níquel ou a liga constituída de praseodímio, níquel. Todos eles têm a característica que o valor de reatividade aumenta à medida que o tempo de serviço aumenta.
[064] Por conseguinte, a presente invenção apresenta uma barra de controle cinza, que compreende um tubo cilíndrico de revestimento, um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior, para a vedação das duas extremidades do tubo cilíndrico de revestimento. Um absorvedor de nêutrons cilíndrico é encapsulado no tubo de revestimento, que é feito da liga constituída de Dy-Tb. O exterior da barra de controle cinza é coberto com um tubo de revestimento feito de aço inoxidável ou de uma liga à base de níquel.
[065] De preferência, a fração de massa de Tb na barra de liga constituída de Dy-Tb é de 70%, o diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb é de 2mm. Tanto o valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza esta barra de liga constituída de Dy-Tb como o absorvedor de nêutron, quanto o valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza a barra constituída de tungstênio são 0,27, mas a amplitude de variação do primeiro é de 2,8%, melhor do que a do último que é de 3,9%, conforme ilustração na Figura 3.
[066] A liga constituída de Tb-Dy também pode compreender 2% de impurezas, como, por exemplo, Ho, Fe, Ca, Si, Cl, O e assim por diante.
[067] A vantagem de utilizar a liga constituída de Tb-Dy como o absorvedor de nêutrons de uma barra de controle cinza é que a propriedade do material de absorção de nêutrons muda pouco durante o período de vida útil da barra de controle cinza. Depois de a liga constituída de Tb-Dy ter sido irradiada no núcleo do reator durante um longo período de tempo, o elemento Tb diminui, o elemento Dy aumenta e o elemento hólmio é criado. As densidades de Dy e Ho são maiores do que a densidade de Tb, as estruturas cristalinas de Dy e Ho são as mesmas e são sólidos dissolvidos entre si, nenhuma outra fase será gerada, portanto, não acontecerá a expansão de volume causada pela mudança da densidade do material.
[068] A presente invenção também apresenta um conjunto de barras de controle cinzas para reator, que compreende 24 barras de controle cinzas. Cada uma das barras de controle cinzas é composta por um tubo de revestimento alongado e um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior, para a vedação das duas extremidades do tubo de revestimento. Um absorvedor de nêutrons cilíndrico é encapsulado no tubo de revestimento, que é feito de liga constituída de Dy-Tb. A parte externa da barra de controle é coberta com um tubo de revestimento feito de aço inoxidável ou de liga à base de níquel.
[069] De preferência, a fração de massa de Tb na barra de liga constituída de Dy-Tb é de 68%, o diâmetro da barra de liga constituída de Dy-Tb é 3mm. O valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas que utiliza esta barra de liga constituída de Dy-Tb é de 0,40, que é maior do que o da barra constituída de tungstênio que é de 0,27, e a amplitude de variação é de apenas 1,8%, conforme ilustração na Figura 3.
[070] A vantagem do conjunto de barras de controle cinzas consiste no fato de que ele pode atender às exigências do valor de reatividade de um reator grande de alta potência, reduzir significativamente o número de etapas do conjunto de barras de controle cinzas, reduzir o desgaste do tubo de revestimento da barra de controle cinza e prolongar a vida útil do conjunto de barras de controle cinzas.
[071] A presente invenção também apresenta um conjunto de barras de controle cinzas para reator, que compreende 24 barras de controle cinzas. Cada uma das barras de controle cinzas é composta por um tubo de revestimento alongado e um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior, para a vedação das duas extremidades do tubo de revestimento. Um absorvedor de nêutrons cilíndrico é encapsulado no tubo de revestimento, que é feito de liga constituída de Ag-In-Cd-Tb. A parte externa da barra de controle é coberta com um tubo de revestimento feito de aço inoxidável ou de liga à base de níquel.
[072] De preferência, a fração de massa de Tb na barra de liga constituída de Ag-In-Cd-Tb é de 50%, o diâmetro da barra de liga constituída de Ag-In-Cd-Tb é de 3 mm. O valor de reatividade do conjunto de barras de controle cinzas usando esta barra de liga constituída de Ag-In-Cd-Tb é 0,32 e a amplitude da variação é de 8%.
[073] Acima, foram descritas as modalidades preferidas da presente invenção. Deve ficar entendido que um especialista na técnica poderá fazer várias modificações e variações, de acordo com o conceito da presente invenção, sem trabalho criativo. Consequentemente, qualquer pessoa dotada de conhecimento na técnica poderá obter qualquer solução técnica, através de análises lógicas, deduções e experimentos limitados, que deverão estar dentro do âmbito de proteção definido pelas reivindicações.
Claims (18)
1. BARRA DE CONTROLE CINZA POSSUINDO UM ABSORVERDOR DE NÊUTRONS COMPREENDENDO TÉRBIO E DISPRÓSIO, o absorvedor de nêutrons compreendendo pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, sendo que o valor da reatividade do pelo menos um primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, um valor da reatividade do pelo menos um segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta; e um valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço de 20 anos; em que o pelo menos um primeiro componente é térbio metálico ou praseodímo metálico, um composto constituído de térbio ou praseodímo, ou uma liga compreendendo térbio ou praseodímo, ou óxido de térbio, ou titanato de térbio e o pelo menos um segundo componente é disprósio metálico, um composto constituído de disprósio, ou uma liga compreendendo disprósio; em que o absorvedor de nêutrons é uma liga de térbio- disprósio, uma mistura sinterizada de óxido de térbio e óxido de disprósio, ou uma mistura sinterizada de titanato de disprósio e titanato de térbio; caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser um cilindro com diâmetro de D, sendo que 1,0mm<D<8,7mm, e a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, sendo que - 0,0688xD+0,6388<x<-0,0026xD+0,8626; e o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 10% do tempo de serviço de 20 anos.
2. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser um cilindro de diâmetro D, a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, -0,0571xD+0,737l<x<0,0039xD+0,726i, e o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons variar não mais do que 5% no tempo de serviço de 20 anos.
3. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de 1,3mm<D<3,3mm.
4. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de 1,8mm<D<3,0mm.
5. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de D = 2 mm, x = 70%; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons não variar mais do que 2,8% do tempo de serviço de 20 anos.
6. BARRA DE CONTROLE CINZA POSSUINDO UM TEMPO DE SERVIÇO, que compreende um tubo cilíndrico de revestimento, um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior para vedar as duas extremidades do tubo cilíndrico de revestimento, sendo que o absorvedor de nêutrons é encapsulado no tubo de revestimento, caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons compreender pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, um valor da reatividade do primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, um valor da reatividade do pelo menos um segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta; e um valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço de 20 anos; em que o pelo menos um primeiro componente é térbio metálico ou praseodímo metálico, um composto constituído de térbio ou praseodímo, ou uma liga compreendendo térbio ou praseodímo, e o pelo menos um segundo componente é disprósio metálico, um composto constituído de disprósio, ou uma liga compreendendo disprósio.
7. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser uma liga de térbio-disprósio, uma mistura sinterizada de óxido de térbio e óxido de disprósio, ou uma mistura sinterizada de titanato de disprósio e titanato de térbio.
8. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser um cilindro com diâmetro de D, sendo que 1,0mm<D<8,7mm, e a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, sendo que - 0,0688xD+0,6388<x<-0,0026xD+0,8626; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 10% do tempo de serviço de 20 anos.
9. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser um cilindro de diâmetro D, a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, -0,0571 xD+0,7371 <x<0,0039xD+0,7261, o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons variar não mais do que 5% no tempo de serviço de 20 anos.
10. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizada pelo fato de 1,3mm<D<3,3mm.
11. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de 1,8mm<D<3,0mm.
12. BARRA DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de D = 2 mm, x = 70%; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons não variar mais do que 2,8% do tempo de serviço de 20 anos.
13. CONJUNTO DE BARRAS DE CONTROLE CINZA POSSUINDO UM TEMPO DE SERVIÇO, que compreende uma pluralidade de barras de controle cinza, sendo que cada barra de controle compreende um tubo cilíndrico de revestimento, um tampão de extremidade superior e um tampão de extremidade inferior para vedar as duas extremidades do tubo cilíndrico de revestimento, sendo que o absorvedor de nêutrons é encapsulado no tubo de revestimento, caracterizado pelo fato de o absorvedor de nêutrons compreender pelo menos um primeiro componente e pelo menos um segundo componente, um valor da reatividade do pelo menos um primeiro componente aumenta à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, um valor da reatividade do segundo componente diminui à medida que o tempo de serviço do absorvedor de nêutrons aumenta, e um valor da reatividade do absorvedor de nêutrons não varia mais do que 15% do tempo de serviço de 20 anos; em que o pelo menos um primeiro componente é térbio metálico ou praseodímo metálico, um composto constituído de térbio ou praseodímo, ou uma liga compreendendo térbio ou praseodímo, e o pelo menos um segundo componente é disprósio metálico, um composto constituído de disprósio, ou uma liga compreendendo disprósio.
14. CONJUNTO DE BARRAS DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser uma liga de térbio-disprósio, uma mistura sinterizada de óxido de térbio e óxido de disprósio, uma mistura sinterizada de titanato de disprósio e titanato de térbio; o absorvedor de nêutrons ser um cilindro com diâmetro de D, sendo que 1,0mm<D<8,7mm, e a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, sendo que -0,0688xD+0,6388<x<- 0,0026xD+0,8626, e o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons varia não mais do que 10% do tempo de serviço de 20 anos.
15. CONJUNTO DE BARRAS DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o absorvedor de nêutrons ser um cilindro de diâmetro D, a fração de massa do elemento térbio no absorvedor de nêutrons é x, -0,0571 xD+0,7371 <x<0,0039xD+0,726i, o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons variar não mais do que 5% no tempo de serviço de 20 anos.
16. CONJUNTO DE BARRAS DE CONTROLE CINZA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizado pelo fato de 1,3mm<D<3,3mm.
17. CONJUNTO DE BARRAS DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de 1,8mm<D<3,0mm.
18. CONJUNTO DE BARRAS DE CONTROLE CINZA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de D = 2 mm, x = 70%; o valor de reatividade do absorvedor de nêutrons não variar mais do que 2,8% do tempo de serviço do absorvedor de nêutrons, em que o tempo de serviço de 20 anos.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 25/10/2013, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |