CH626739A5 - Burnable neutron absorber rod - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen abbrennbaren Neutronenabsorberstab für Kernreaktoren, der.eine langgestreckte rohrför-mige Hülle und einen darin enthaltenen Neutronenabsorber aufweist. The invention relates to a combustible neutron absorber rod for nuclear reactors, which has an elongated tubular shell and a neutron absorber contained therein.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen abbrennbaren Neutronenabsorberstab mit verhältnismässig grossem Moderator/Absorber-Verhältnis. In particular, the invention relates to a burnable neutron absorber rod with a relatively large moderator / absorber ratio.
Bei vielen Kernreaktorbauarten wird ein gleichzeitig als Moderator dienendes Kühlmittel durch den Reaktorkern hindurchzirkuliert, um die beim Spaltvorgang innerhalb des Reaktorkerns erzeugte Wärme abzuführen. Der Reaktorkern besteht aus einer bestimmten Anzahl von Brennstäben, die zu als Brennelemente bezeichneten Brennstabbündeln zusammen-gefasst sind und die in jedem Brennelement durch Abstandshal-tegitter und den Brennelementkopf sowie den Brennelementfuss gehalten werden. Die Brennstäbe bestehen aus zylindrischen Hüllrohren, die den Kernbrennstoff enthalten, beispielsweise aus schwach angereichertem Urandioxid bestehende Brennstofftabletten. Die Brennelemente sind so angeordnet, dass ihre Gesamtheit etwa die Form eines geraden Kreiszylinders hat. In many types of nuclear reactor, a coolant that also serves as a moderator is circulated through the reactor core in order to dissipate the heat generated during the splitting process within the reactor core. The reactor core consists of a certain number of fuel rods, which are combined to form fuel bundles called fuel elements and which are held in each fuel element by spacer grids and the fuel element head and the fuel element foot. The fuel rods consist of cylindrical cladding tubes which contain the nuclear fuel, for example fuel tablets consisting of weakly enriched uranium dioxide. The fuel assemblies are arranged in such a way that their entirety has the shape of a straight circular cylinder.
Während des Reaktorbetriebs absorbieren die in den Brennstofftabletten enthaltenen spaltbaren Isotope Neutronen und werden dadurch gespalten, wobei Wärme entsteht. Ausser dem Verbrauch von spaltbarem Material findet beim Spaltvorgang auch die Bildung von Spaltprodukten statt, von denen einige leicht Neutronen absorbieren. Diese Wirkungen, nämlich der Verbrauch spaltbaren Materials und die Bildung von neutronenabsorbierenden Spaltprodukten, werden teilweise durch den Aufbau von spaltbaren Isotopen, wie beispielsweise Plutonium, kompensiert, der bei einer nicht zu einer Spaltung führenden Absorption von Neutronen in brütbaren Stoffen, wie beispielsweise U-238, stattfindet. Deshalb baut man am Beginn jedes Brennstoffzyklus Überschussreaktivität in den Reaktor ein, um die Reaktivitätsabnahme im Reaktorkern zu kompensieren, die mit zunehmendem Verbrauch des spaltbaren Materials und mit dem Aufbau der Spaltprodukte auftritt. Diese Überschussreaktivität wird mit Hilfe von Neutronenabsorbern beherrscht, die in Form von im Primärkühlmittel gelöstem Bor und in Form von abbrennbaren Neutronenabsorberstäben zur Anwendung kommen. During reactor operation, the fissile isotopes contained in the fuel tablets absorb neutrons and are thereby split, producing heat. In addition to the consumption of fissile material, fission products also form during the fission process, some of which easily absorb neutrons. These effects, namely the consumption of fissile material and the formation of neutron-absorbing fission products, are partially compensated for by the build-up of fissile isotopes, such as plutonium, which results in the non-fission absorption of neutrons in broodable materials, such as U-238 , takes place. Excess reactivity is therefore built into the reactor at the beginning of each fuel cycle in order to compensate for the decrease in reactivity in the reactor core which occurs with increasing consumption of the fissile material and with the build-up of the fission products. This excess reactivity is controlled with the help of neutron absorbers, which are used in the form of boron dissolved in the primary coolant and in the form of combustible neutron absorber rods.
Die Konzentration des im Primärkühlmittel gelösten Bors ist zum Zwecke der Reaktivitätssteuerung und der Kompensation der Langzeit-Reaktivitätsbeeinflussungen infolge Brennstofferschöpfung, infolge der Wirkung von Spaltprodukten als Neutronengift und der Erschöpfung von abbrennbaren Neutronenabsorbern und zur Kompensation der Wirkung der Moderatortemperaturänderung zwischen Kaltzustand und Betriebstemperatur veränderlich. Bei Erhöhung der Borkonzentration im Primärkühlmittel wird der Moderatortemperaturkoeffizient jedoch weniger negativ. Die Verwendung lediglich eines löslichen Neutronenabsorbers allein könnte deshalb am Beginn der ' Brennstoffstandzeit während des ersten Brennstoffzyklus zu einem positiven Moderatorkoeffizienten führen und könnte auch bei folgenden Brennstoffzyklen einen positiven Koeffizienten bedingen, je nach der Brennstoffbeschickung für den betreffenden Zyklus. Deshalb verwendet man abbrennbare Neutronenabsorberstäbe, um die Konzentration an gelöstem Bor so weit herabsetzen zu können, dass sichergestellt ist, dass der Moderatortemperaturkoeffizient unter den Bedingungen des Leistungsbetriebs negativ ist. The concentration of boron dissolved in the primary coolant is variable for the purpose of reactivity control and compensation for long-term reactivity effects due to fuel depletion, the effect of fission products as neutron poison and the exhaustion of combustible neutron absorbers and to compensate for the effect of the change in moderator temperature between the cold state and the operating temperature. However, when the boron concentration in the primary coolant is increased, the moderator temperature coefficient becomes less negative. The use of only one soluble neutron absorber alone could therefore lead to a positive moderator coefficient at the beginning of the fuel service life during the first fuel cycle and could also result in a positive coefficient for the subsequent fuel cycles, depending on the fuel feed for the cycle in question. Therefore, burnable neutron absorber rods are used in order to be able to reduce the concentration of dissolved boron to such an extent that it is ensured that the moderator temperature coefficient is negative under the conditions of the power operation.
Ein abbrennbarer Neutronenabsorber absorbiert Neutronen, ohne neue Neutronen zu erzeugen und ohne aufgrund der Neutronenabsorption in ein neues Neutronengift umgewandelt zu werden. Ein typischer, diese Eigenschaften aufweisender abbrennbarer Neutronenabsorber ist Bor-10, das etwa 20% des natürlichen Bors ausmacht. Bor-10 unterliegt bei Bestrahlung durch thermische Neutronen der Reaktion B10 + n1 — Li7 + He4, die zur Absorption eines Neutrons und zum Verbrauch des Bors ohne Erzeugung eines weiteren Neutronengiftes führt. A combustible neutron absorber absorbs neutrons without generating new neutrons and without being converted into a new neutron poison due to the neutron absorption. A typical burnable neutron absorber with these properties is boron-10, which makes up about 20% of natural boron. When irradiated by thermal neutrons, boron-10 is subject to the reaction B10 + n1 - Li7 + He4, which leads to the absorption of a neutron and to the consumption of boron without the generation of another neutron poison.
Abbrennbare Neutronenabsorber finden üblicherweise in Stäben Anwendung, die innerhalb eines Brennelements an freien' Steuerstabstellen eingebaut sind. Die Konzentration des abbrennbaren Neutronenabsorbers in den Stäben und die Anzahl der abbrennbaren Neutronenabsorberstäbe im Reaktorkern ist so gewählt, dass die Konzentration an im Kühlmittel gelöstem Bor so weit herabgesetzt werden kann, dass bei den Bedingungen des Leistungsbetriebs stets ein negativer Moderatortemperaturkoeffizient sichergestellt ist. Während des Betriebs erschöpft sich der Neutronenabsorbergehalt in diesen Stäben, so dass zusätzliche Reaktivität frei wird, die einen Teil des durch Brennstofferschöpfung und Entstehung von als Neutronengift wirkenden Spaltprodukten bedingten Reaktivitätsabfalls ausgleicht. Gegen Ende der Standzeit kann aber noch etwas restlicher Neutronenabsorber vorhanden sein, was eine Verkürzung der Lebensdauer des Reaktorkerns bedingt. Ausserdem verdrängen die abbrennbaren Neutronenabsorberstäbe den Moderator und die parasitären Konstruktionswerkstoffe der abbrennbaren Neutronenabsorberstäbe absorbieren ebenfalls Neutronen, wodurch die verfügbare Reaktivitätsstandzeit des Reaktorkerns weiter verkürzt wird. Ausserdem sind die abbrennbaren Neutronenabsorberstäbe derart im Reaktorkern verteilt angeordnet, dass sie ausser ihrer Funktion der Reaktivitätssteuerung auch noch eine günstige radiale Leistungsverteilung im Reaktorkern herbeiführen. Burnable neutron absorbers are usually used in rods which are installed at free 'control rod positions within a fuel element. The concentration of the combustible neutron absorber in the rods and the number of combustible neutron absorber rods in the reactor core is selected so that the concentration of boron dissolved in the coolant can be reduced to such an extent that a negative moderator temperature coefficient is always ensured under the conditions of power operation. During operation, the neutron absorber content in these rods is exhausted, so that additional reactivity is released, which compensates for part of the drop in reactivity caused by fuel depletion and the generation of fission products which act as neutron poison. Towards the end of the service life, however, there may still be some residual neutron absorber, which will shorten the life of the reactor core. In addition, the combustible neutron absorber rods displace the moderator and the parasitic construction materials of the combustible neutron absorber rods also absorb neutrons, which further shortens the available reactivity life of the reactor core. In addition, the burnable neutron absorber rods are distributed in the reactor core in such a way that, in addition to their function of reactivity control, they also bring about a favorable radial power distribution in the reactor core.
Aus der US-PS 3 510 350 ist ein abbrennbarer Neutronenabsorberstab bekannt, bei welchen ein Borsilicatglasrohr in einem zwischen zwei konzentrischen Metallrohren gebildeten Ringraum angeordnet ist. Innerhalb des inneren Metallrohres ist ein Leerraum gebildet, der als Gassammeiraum zur Aufnahme der bei der Neutronenabsorption durch das Bor entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte, wie beispielsweise Heliumgas, dient. Die abbrennbaren Neutronenabsorberstäbe sind in geeigneter Weise an freien Steuerstabstellen innerhalb eines Brennelements plaziert. Die eben genannte Druckschrift beschreibt zwar eine besondere Bauart eines abbrennbaren A burnable neutron absorber rod is known from US Pat. No. 3,510,350, in which a borosilicate glass tube is arranged in an annular space formed between two concentric metal tubes. An empty space is formed within the inner metal tube and serves as a gas collection space for accommodating the gaseous reaction products, such as helium gas, which are produced by the boron during neutron absorption. The combustible neutron absorber rods are suitably placed at free control rod locations within a fuel assembly. The publication just mentioned describes a particular type of combustible
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Neutronenabsorberstabs, jedoch wäre es vorteilhaft, die Menge des abbrennbaren Neutronenabsorbers, der am Ende der Standzeit noch verbleibt, zum Zwecke der Verlängerung der Standzeit des Reaktorkerns auf ein Minimum zu verringern. Neutron absorber rod, however, it would be advantageous to minimize the amount of burnable neutron absorber that remains at the end of the life for the purpose of extending the life of the reactor core.
In der US-PS 3 663 366 ist ein Brennelementmantel beschrieben, der einen abbrennbaren Neutronenabsorber enthält. Der Mantel besteht aus Verbundplatten aus rostfreiem Stahl und Zirconium, wobei in den aus rostfreiem Stahl bestehenden Blechen angereichertes Bor-10 dispergiert ist. In dieser Druckschrift ist jedoch nicht die Verwendung eines abbrennbaren Neutronenabsorbers in Absorberstäben beschrieben, die zwischen den Brennstäben innerhalb eines Brennelements angeordnet werden können. US Pat. No. 3,663,366 describes a fuel element jacket which contains a combustible neutron absorber. The jacket consists of composite plates made of stainless steel and zirconium, with enriched boron-10 dispersed in the stainless steel sheets. However, this document does not describe the use of a combustible neutron absorber in absorber rods, which can be arranged between the fuel rods within a fuel assembly.
Aus der US-PS 3 110 656 ist die Verwendung von Borsäure oder Borsilicatglas in Steuerstäben von Lehrreaktoren bekannt. Die Verwendung eines Neutronenabsorbers in Steuerstäben ist natürlich eine fundamentale Massnahme, die aber den, den Steuerstäben im allgemeinen anhaftenden Nachteil aufweist, dass die Steuerstäbe nicht so ausgelegt sind, dass sie sich bei Bestrahlung verbrauchen. Ausserdem sind abbrennbare Neutronenabsorber auch schon dem Brennstoff material beigemengt und auch schon im Werkstoff der Brennstabhüllen verwendet worden. The use of boric acid or borosilicate glass in control rods of teaching reactors is known from US Pat. No. 3,110,656. The use of a neutron absorber in control rods is of course a fundamental measure, but it has the disadvantage that the control rods generally have the disadvantage that the control rods are not designed in such a way that they are used up when irradiated. In addition, combustible neutron absorbers have already been added to the fuel material and have already been used in the material of the fuel rod casings.
Obwohl bereits zahlreiche Anwendungsformen für abbrennbare Neutronenabsorber in Kernreaktoren bekannt sind, ist das Problem, am Beginn der Standzeit des Reaktorkerns ausreichend viel abbrennbaren Neutronenabsorber zur Kompensation der Überschussreaktivität zur Verfügung zu stellen, dagegen die durch den Neutronenabsorber bedingte Reaktivitätsdämpfung gegen Ende der Standzeit des Reaktorkerns zum Zwecke der Standzeitverlängerung auf ein Minimum herabzusetzen, noch immer nicht befriedigend gelöst. Although numerous application forms for combustible neutron absorbers in nuclear reactors are already known, the problem is to provide enough combustible neutron absorbers at the beginning of the service life of the reactor core to compensate for the excess reactivity, on the other hand the reactivity damping caused by the neutron absorber towards the end of the service life of the reactor core for the purpose the service life extension to a minimum, still not solved satisfactorily.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen abbrennbaren Neutronenabsorberstab im Hinblick auf die eben genannten Forderungen zu verbessern, um dadurch eine längere Standzeit und einen vollständigeren Abbrand des Reaktorkerns zu erzielen. The invention is therefore based on the object of improving a combustible neutron absorber rod with regard to the requirements just mentioned, in order thereby to achieve a longer service life and a more complete erosion of the reactor core.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Hülle des abbrennbaren Neutronenabsorberstabs mindestens während des Reaktorbetriebs auch einen Moderator enthält. According to the invention, this object is achieved in that the shell of the burnable neutron absorber rod also contains a moderator, at least during reactor operation.
Die am Beginn der Standzeit des Reaktorkerns vorhandene Überschussreaktivität wird unter Erschöpfung des abbrennbaren Neutronenabsorbers während der Lebensdauer des Reaktorkerns kompensiert, so dass die Standzeit des Reaktorkerns verlängert wird. The excess reactivity present at the beginning of the service life of the reactor core is compensated for by exhausting the combustible neutron absorber during the service life of the reactor core, so that the service life of the reactor core is extended.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt: An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 eine Ansicht eines Brennelements, 1 is a view of a fuel assembly,
Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen abbrennbaren Neutronenabsorberstab, 2 shows a cross section in the plane II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a longitudinal section through a burnable neutron absorber rod,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den in Fig. 3 gezeigten Neutronenabsorberstab, und Fig. 4 is a cross section through the neutron absorber rod shown in Fig. 3, and
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen abgewandelten abbrennbaren N eutronenabsorberstab. Fig. 5 shows a longitudinal section through a modified burnable N eutron absorber rod.
Gemäss den Fig. 1 und 2 weist ein Brennelement 10 einen Brennelementkopf 12, einen Brennelementfuss 14, Führungsrohre 16, Abstandshaltegitter 18, Brennstäbe 20 und Neutronenabsorberstäbe 22 auf. Der Brennelementkopf 12 und der Brennelementfuss 14 tragen die Führungsrohre 16 und die Brennstäbe 20, und die Abstandshaltegitter 18 dienen zur Aufrechterhaltung der richtigen gegenseitigen Ausrichtung der Führungsrohre und der Brennstäbe. Die Führungsrohre 16 können zylindrische Rohre aus Zirconium oder einem anderen, nur schwach neutronenabsorbierenden Werkstoff sein, welche die- 1 and 2, a fuel assembly 10 has a fuel assembly head 12, a fuel assembly foot 14, guide tubes 16, spacer grids 18, fuel rods 20 and neutron absorber rods 22. The fuel assembly head 12 and the fuel assembly foot 14 carry the guide tubes 16 and the fuel rods 20, and the spacer grids 18 serve to maintain the proper mutual alignment of the guide tubes and the fuel rods. The guide tubes 16 can be cylindrical tubes made of zirconium or another, only weakly neutron absorbing material, which
darin angeordneten Neutronenabsorberstäbe 22 halten. hold neutron absorber rods 22 arranged therein.
In einem (nicht gezeigten) Reaktorbehälter sind Brennelemente 10 vertikal angeordnet, die zusammen den Reaktorkern bilden und in bekannter Weise Wärme durch Kernspaltung erzeugen. Das Reaktorkühlmittel, bei welchem es sich um Wasser handeln kann, strömt nach oben durch den Reaktorbehälter hindurch und steht mit den Brennelementen 10 in Wärmeaustausch. Dadurch wird die erzeugte Wärme von den Brennelementen 10 an das Kühlmittel abgegeben. In a reactor vessel (not shown), fuel elements 10 are arranged vertically, which together form the reactor core and generate heat by nuclear fission in a known manner. The reactor coolant, which may be water, flows up through the reactor vessel and is in heat exchange with the fuel assemblies 10. As a result, the heat generated is released from the fuel assemblies 10 to the coolant.
Die Neutronenabsorberstäbe 22 absorbieren Neutronen und steuern dadurch den Reaktivitätspegel im Reaktorkern, so dass es möglich ist, Überschussreaktivität durch Erhöhung der Anreicherung des Brennstoffs in den Brennelementen 10 vorzusehen. Die Beschickung des Reaktorkerns mit anfänglicher Überschussreaktivität verlängert die Standzeit, während welcher der Reaktorkern ohne Neubeschickung mit frischen Brennelementen Wärme erzeugen kann. Dabei ist es jedoch-wichtig, dass die Neutronenabsorberstäbe 22 gegen Ende der Standzeit des Reaktorkerns erschöpft werden, so dass sie dann keine Reaktivitätsminderung durch Absorption von Neutronen mehr bewirken. The neutron absorber rods 22 absorb neutrons and thereby control the reactivity level in the reactor core, so that it is possible to provide excess reactivity by increasing the enrichment of the fuel in the fuel elements 10. Charging the reactor core with initial excess reactivity extends the service life during which the reactor core can generate heat without fresh fuel being loaded. It is important, however, that the neutron absorber rods 22 are exhausted towards the end of the service life of the reactor core, so that they then no longer bring about a reduction in reactivity due to absorption of neutrons.
Gemäss den Fig. 3 und 4 weist ein Neutronenabsorberstab 22 eine zylindrische, metallene Aussenhülle 24 auf, die aus Zir-caloy-Rohrmaterial hergestellt sein und einen Aussendurch-messer von etwa 9,6 mm sowie einen Innendurchmesser von etwa 8,4 mm aufweisen kann. Am unteren Ende der Aussenhülle 24 ist, beispielsweise durch Schweissung, eine untere Endkappe 26 mit einer mittigen Bohrung 28 befestigt. Konzentrisch innerhalb der Aussenhülle 24 ist eine ebenfalls zylindrische metallene Innenhülle 30 angeordnet und mit ihrem unteren Ende an der unteren Endkappe 26 befestigt. Diese Innenhülle 30 kann ebenfalls aus Zirkaloy-Rohrmaterial hergestellt sein und einen Aussendurchmesser von etwa 5,1 mm sowie einen Innendurchmesser von etwa 4,1 mm aufweisen. Am oberen Ende der Aussenhülle 24 und der Innenhülle 30 ist eine obere Endkappe 32 mit einer Öffnung 34 befestigt. Die Innenhülle 30 und die Aussenhülle 24 bilden zwischen sich einen Ringraum 36, der an seinen beiden Enden durch die untere Endkappe 26 und die obere Endkappe 32 verschlossen ist. In diesem Ringraum 36 ist eine Schraubenfeder 38 angeordnet, die auf der unteren Endkappe 26 aufsitzt. Ausserdem sind in dem.Ring-raum 36 damit konform ausgebildete ringförmige Tabletten untergebracht, die auf der Schraubenfeder 38 aufsitzen. Die Tabletten 40 bestehen aus einem abbrennbaren Neutronenabsorber, beispielsweise aus Borcarbid-Aluminiumoxid (B-tC -AI2O3), anderen Boriden wie beispielsweise Zirconiumdiborid (ZrB2), oder aus Oxiden wie beispielsweise Gadoliniumoxid (GdzOa). Die Schraubenfeder 38 dient dazu, die Tabletten 40 in der gewünschten, etwa gleichbleibenden Relativlage mit Bezug auf die Aussenhülle 24 zu halten. According to FIGS. 3 and 4, a neutron absorber rod 22 has a cylindrical, metallic outer shell 24, which is made of zir-caloy tube material and can have an outer diameter of approximately 9.6 mm and an inner diameter of approximately 8.4 mm . At the lower end of the outer shell 24, a lower end cap 26 with a central bore 28 is fastened, for example by welding. A likewise cylindrical, metallic inner shell 30 is arranged concentrically within the outer shell 24 and is attached with its lower end to the lower end cap 26. This inner sleeve 30 can also be made from Zirkaloy tube material and have an outer diameter of approximately 5.1 mm and an inner diameter of approximately 4.1 mm. An upper end cap 32 with an opening 34 is fastened to the upper end of the outer casing 24 and the inner casing 30. The inner shell 30 and the outer shell 24 form an annular space 36 between them, which is closed at both ends by the lower end cap 26 and the upper end cap 32. In this annular space 36, a coil spring 38 is arranged, which is seated on the lower end cap 26. In addition, in the ring space 36, annular tablets conforming to it are accommodated and are seated on the helical spring 38. The tablets 40 consist of a burnable neutron absorber, for example of boron carbide-aluminum oxide (B-tC -AI2O3), other borides such as zirconium diboride (ZrB2), or of oxides such as gadolinium oxide (GdzOa). The helical spring 38 serves to hold the tablets 40 in the desired, approximately constant relative position with respect to the outer casing 24.
Bei der Absorption von Neutronen verbrauchen sich die Tabletten 40 und setzen Reaktionsprodukte wie beispielsweise Heliumgas frei. Am oberen Ende des Neutronenabsorberstabes 22 kann zwischen der oberen Endkappe 32 und der Oberseite des Tablettenstapels ein freier Ringraumbereich 42 vorgesehen sein, der als Sammelraum zur Aufnahme der in den Tabletten 40 entstehenden Reaktionsprodukte dient. Natürlich können diese Reaktionsprodukte aber auch im unteren Teil des Ringraums 36, nämlich in dem um die Schraubenfeder 38 herum befindlichen freien Raum, aufgefangen werden. When neutrons are absorbed, the tablets 40 are used up and release reaction products such as helium gas. At the upper end of the neutron absorber rod 22, a free annular space area 42 can be provided between the upper end cap 32 and the top of the tablet stack, which serves as a collecting space for receiving the reaction products formed in the tablets 40. Of course, these reaction products can also be collected in the lower part of the annular space 36, namely in the free space around the coil spring 38.
Mit ihrer Innenwandung umschliesst die Innenhülle 30 eine innere Bohrung 44, die sich von der unteren Endkappe 26 bis zur oberen Endkappe 32 erstreckt. Diese Bohrung 44 steht unten mit der mittigen Bohrung 28 der unteren Endkappe 26 und oben mit einer Bohrung 46 der oberen Endkappe in Verbindung, die mit der Öffnung 34 in Verbindung steht. Das Reaktorkühlmittel, das normalerweise Wasser ist und gleichzeitig als Moderator dient, strömt demzufolge nicht nur um die Aussen- With its inner wall, the inner shell 30 encloses an inner bore 44 which extends from the lower end cap 26 to the upper end cap 32. This bore 44 communicates at the bottom with the central bore 28 of the lower end cap 26 and at the top with a bore 46 of the upper end cap, which communicates with the opening 34. The reactor coolant, which is normally water and also serves as a moderator, does not only flow around the outside
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
626739 4 626 739 4
hülle 24 herum, sondern auch durch das jeweilige Führungsrohr Erschöpfung des abbrennbaren Neutronenabsorbers beschleu- envelop 24, but also by the respective guide tube exhausting the burnable neutron absorber
16 und die Bohrungen 28,44 und 46 und die Öffnung 34 nach nigt wird, womit man eine Steigerung des Brennstoffabbrandes oben durch den Stab 22 hindurch. Die innere Bohrung 44 ist im erreicht. 16 and the bores 28, 44 and 46 and the opening 34 is inclined, thus increasing the fuel burn-up through the rod 22. The inner bore 44 is reached in.
Betrieb also mit Wasser gefüllt. Das darin befindliche Wasser Abgesehen von der oben beschrieben bevorzugten Ausfüh- So operation filled with water. The water contained therein, apart from the preferred embodiment described above
verstärkt die Neutronenmoderation in dem und um den Neu- 5 rungsform der Erfindung sind natürlich zahlreiche Abwandlun- reinforces neutron moderation in and around the innovation of the invention there are of course numerous modifications
tronenabsorberstab 22, wodurch die Erschöpfung der Tablet- gen möglich. Beispielsweise kann die Schraubenfeder 38 durch ten 40 während der Standzeit des Reaktorkerns wesentlich eine andere Vorspannmassnahme ersetzt sein. Anstelle von gesteigert und dadurch der Abbrand des Reaktorkerns verbes- Tabletten 40 kann Pulver mit höherem Neutronenabsorberge- Tronenabsorberstab 22, whereby the exhaustion of the tablet gene possible. For example, the helical spring 38 can be substantially replaced by a different prestressing measure 40 during the service life of the reactor core. Instead of increased and thereby the burning of the reactor core, tablets 40 can be powder with higher neutron absorber
sert wird. Die Verwendung eines derartigen Neutronenabsor- halt Anwendung finden. Die Verwendung von Pulver ermög- sert. The use of such a neutron absorber find application. The use of powder allows
berstabes ermöglicht eine Steigerung der Anfangsreaktivität 10 licht eine Verkleinerung des Ringraumes 36 und folglich eine des Reaktorkerns ohne nachteilige Auswirkunen auf dessen Vergrösserung des Innenraumes 44 für das Wasser, so dass also Standzeit. Die Verwendung des hier beschriebenen Neutronen- die Wasserverdrängung noch weiter herabgesetzt wird. Ferner absorberstabes 22 erhöht den ersten Reaktorkernabbrand kann eine Wandung des Führungsrohres 16 mit einem elek- Berstabes allows an increase in the initial reactivity 10 light a reduction in the size of the annular space 36 and consequently one of the reactor core without adverse effects on its enlargement of the interior 44 for the water, so that the service life. The use of the neutron described here will further reduce the water displacement. Furthermore, absorber rod 22 increases the first reactor core erosion. A wall of the guide tube 16 can be provided with an electrical
schätzungsweise um etwa 350 MWD/MTU, wodurch die trisch aufgebrachten Überzug aus einem abbrennbaren Neutro- estimated to be around 350 MWD / MTU, which means that the trisch applied coating from a burnable neutron
Brennstoffzykluskosten für den ersten Reaktorkern um etwa 15 nenabsorbermaterial versehen sein, wodurch die Tabletten 40 Fuel cycle costs for the first reactor core may be provided with about 15 absorber material, whereby the tablets 40
1,3% gesenkt werden. Die sich dabei ergebende Einsparung an und die Innenhülle 30 entfallen können. 1.3% can be reduced. The resulting savings in and the inner shell 30 can be omitted.
gelber Masse (IhOs) beträgt etwa 6400 kg. Eine weitere Alternative ist in Fig. 5 gezeigt, gemäss wel- yellow mass (IhOs) is about 6400 kg. Another alternative is shown in FIG. 5, according to which
Während kleinere Differenzen der Grösse der Tabletten 40 eher die untere Endkappe 26 und die obere Endkappe 32 While minor differences in the size of tablets 40 tend to be lower end cap 26 and upper end cap 32
unbedeutend sind, wirkt sich eine Erhöhung des Wasseranteils geschlossen und dicht mit der Aussenhülle 24 verbunden sind, are insignificant, an increase in the water content has a closed effect and is tightly connected to the outer shell 24,
des Neutronenabsorberstabs 22 wesentlich aus. Deshalb sollte 20 Innerhalb der Aussenhülle 24 ist Wasser mit einem darin gelö- of the neutron absorber rod 22 essentially. Therefore, 20 Inside the outer shell 24 there is water with a
nicht nur die radiale Dicke der Tabletten 40 möglichst klein sten Neutronenabsorbermaterial wie beispielsweise Bor oder gewählt werden, sondern auch die von dem Neutronenabsor- Cadmium eingeschlossen. Bei dieser Ausführungsform ver- not only the radial thickness of the tablets 40, the smallest possible neutron absorber material, such as boron or, for example, but also the neutron absorber cadmium included. In this embodiment,
berstab 22 verdrängte Wassermenge sollte zur Steigerung der bleibt nach der Erschöpfung des abbrennbaren Neutronenab- The amount of water displaced by rod 22 should increase the amount of water left after the burnable neutron
Neutronenmoderation möglichst klein sein. sorbers nur noch Wasser, so dass also die Wasserverdrängung Neutron moderation should be as small as possible. sorbers only water, so the water displacement
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung hat also einen 25 weitgehend herabgesetzt ist. Ausserdem erhält man bei dieser abbrennbaren Neutronenabsorberstab mit einem inneren, zum Ausführungsform aufgrund der Strömungsmitteleigenschaft An embodiment of the invention has a 25 is largely reduced. In addition, this burnable neutron absorber rod has an inner one, for embodiment because of the fluid property
Reaktorkühlmittel hin offenen Kanal zum Gegenstand, der Lösung eine gleichmässigere Erschöpfung des in dem Stab wodurch die Kühlmittelverdrängung möglichst klein gehalten enthaltenen Neutronenabsorbers. The reactor coolant has an open channel to the object, the solution a more uniform exhaustion of the neutron absorber contained in the rod, which keeps the coolant displacement as small as possible.
und dadurch die Neutronenmoderation gesteigert und die and thereby increased neutron moderation and the
G G
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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