CN102915772B - 一种长寿命灰控制棒及吸收体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种长寿命灰控制棒及吸收体，该吸收体材料中含有铥、铥合金或铥的化合物中的一种或几种。该吸收体材料中含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。该灰控制棒为细长实心管状结构，该灰控制棒由含有铥、铥合金或铥的化合物中的一种或几种的材料制成。本发明所述的灰控制棒及吸收体，主要采用铥、铥合金或铥的化合物做吸收体材料，其可使灰控制棒组件的反应性价值随燃耗的变化非常小，大大延长了灰控制棒组件的使用寿命，可使用超过20年。
Description
技术领域
本发明属于核电站反应性控制技术领域，具体涉及一种长寿命灰控制棒及吸收体材料。
背景技术
核电站通常是利用控制棒组件的提升和插入来控制反应堆的功率。核电站所使用的控制棒一般分为两类，黑控制棒和灰控制棒。灰控制棒的中子吸收体的吸收能力较弱，因此其反应性价值比黑控制棒要低。
在反应堆运行期间，运用机械补偿(MSHIM)的运行模式进行反应性控制，即利用灰控制棒代替化学补偿(调节硼浓度)为负荷跟踪过程提供反应性控制和全功率运行提供反应性控制，可以把日常处理主反应堆冷却剂的需要降到最低，从而大大简化化学和容积控制系统及其操作。
现有的灰控制棒的设计采用Ag-In-Cd合金(In的质量分数约为15％，Cd的质量分数约为5％，余量为Ag)作为吸收体材料。而Ag-In-Cd合金具有相对较大的中子吸收截面，尤其是Ag、In和Cd三种元素天然存在的同位素嬗变后的产物的中子吸收截面显著降低，这将导致灰控制棒组件的反应性价值大约5年的时间内就降低到初始值的80％左右，不再满足MSHIM模式对灰控制棒组件反应性价值的要求，因此必须更换新的灰控制棒组件。
因此，需要开发长寿命的吸收体材料，替换现有的Ag-In-Cd合金吸收体材料，以延长灰控制棒的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长寿命灰控制棒及吸收体，其反应性价值随燃耗的变化非常小，使用寿命超过20年。
实现本发明目的的技术方案：一种长寿命灰控制棒用吸收体，该吸收体材料中含有铥、铥合金或铥的化合物中的一种或几种。
如上所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，该吸收体材料中含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
如上所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，该吸收体材料中含有氧化铥，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～87.5％。
如上所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，该吸收体材料中含有铥，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
如上所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，该吸收体材料中含有铥合金，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99％。
本发明所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为细长实心管状结构，该灰控制棒由含有铥、铥合金或铥的化合物中的一种或几种的材料制成。
本发明所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为同心设置的两层或三层细长实心管状结构，其特征在于，该灰控制棒的内层管或/和外层管由含有铥、铥合金或铥的化合物中的一种或几种材料制成。
如上所述的一种长寿命灰控制棒，其所述的灰控制棒外包覆不锈钢或镍基合金制成的包壳管。
如上所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒由含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种材料制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
如上所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒由氧化铥制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～87.5％；或者该灰控制棒由铥制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％；或者该灰控制棒由铥合金制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99％。
本发明的效果在于：本发明所述的灰控制棒及吸收体，主要采用铥、铥合金或铥的化合物做吸收体材料，其可使灰控制棒组件的反应性价值随燃耗的变化非常小，大大延长了灰控制棒组件的使用寿命，可使用超过20年。
附图说明
图1为实施例1中Ag-In-Cd合金和Tm2O3的反应性价值随燃耗的变化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种长寿命灰控制棒组件用吸收体作进一步说明。
实施例1
本发明所述的一种长寿命灰控制棒，其为细长实心管状结构，由氧化铥(Tm2O3)制成。该灰控制棒外包覆不锈钢或镍基合金制成的包壳管。
如图1所示，现有的灰控制棒的设计采用Ag-In-Cd合金作为吸收体。而Ag-In-Cd合金具有相对较大的中子吸收截面，尤其是Ag、In和Cd三种元素天然存在的同位素嬗变后的产物的中子吸收截面显著降低，因此以Ag-In-Cd合金作为吸收体的灰控制棒的反应性价值随燃耗下降非常快，大约5年的时间内就降低到初始值的80％左右，不再满足MSHIM模式对灰控制棒组件反应性价值的要求。
如图1所示，本实施例中采用Tm2O3做灰控制棒。Tm元素天然存在的同位素为100％的169Tm，该核素嬗变后的子代产物以及子代产物嬗变后的产物都仍然具有与169Tm相近的中子吸收截面。因此，该灰控制棒组件在燃耗后仍然具有与燃耗前相近的反应性价值，其反应性价值在20年内基本不随燃耗发生变化。
实施例2～15
本发明所述的长寿命灰控制棒用吸收体材料中含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种，具体组成如下表1所示。(该吸收体材料中还可能带有Gd、Tb、Dy、Eu、Sm、Er、Ho等不超过2％的杂质成分。)
表1
实施例16
本发明所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为同心设置的内外两层细长实心管状结构；灰控制棒外包覆不锈钢或镍基合金制成的包壳管。
所述的内层管由氧化铥制成，该内层管直径为3mm；
所述的外层管由Inconel 718合金制成，该外层管内径为3mm，外径为8mm；
其中，灰控制棒中铥元素占该灰控制棒总质量百分比的13％。
实施例17
本发明所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为同心设置的内外两层细长实心管状结构；灰控制棒外包覆不锈钢或镍基合金制成的包壳管。
所述的内层管由氧化铥制成，该内层管直径为2mm；
所述的外层管由铥钛合金(含10％铥)制成，该外层管内径为4mm，外径为6mm；
其中，灰控制棒中铥元素占该灰控制棒总质量百分比的38％。
实施例18
本发明所述的一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为同心设置的内外两层细长实心管状结构；灰控制棒外包覆不锈钢或镍基合金制成的包壳管。
所述的内层管由304不锈钢制成，该内层管直径为5mm；
所述的外层管由铥制成，该外层管内径为5mm，外径为7mm；
其中，灰控制棒中铥元素占该灰控制棒总质量百分比的52％。
Claims (8)
1.一种长寿命灰控制棒用吸收体，其特征在于，该吸收体材料中含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，其特征在于，该吸收体材料中含有氧化铥，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～87.5％。
3.根据权利要求1所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，其特征在于，该吸收体材料中含有铥，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
4.根据权利要求1所述的一种长寿命灰控制棒用吸收体，其特征在于，该吸收体材料中含有铥合金，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99％。
5.一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为细长实心管状结构，其特征在于，该灰控制棒由含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种材料制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
6.一种长寿命灰控制棒，该灰控制棒为同心设置的两层或三层细长实心管状结构，其特征在于，该灰控制棒的内层管或/和外层管由含有铥、铥合金或氧化铥中的一种或几种材料制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％。
7.根据权利要求5或6所述的一种长寿命灰控制棒，其特征在于，所述的灰控制棒外包覆不锈钢或镍基合金制成的包壳管。
8.根据权利要求5或6所述的一种长寿命灰控制棒，其特征在于，该灰控制棒由氧化铥制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～87.5％；或者该灰控制棒由铥制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99.9％；或者该灰控制棒由铥合金制成，其中铥元素占吸收体材料总质量百分比的10～99％。
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