DE1062839B

DE1062839B - Neutronen absorbierendes, aus einer Silberlegierung bestehendes Kontrollorgan fuer einen Kernreaktor

Info

Publication number: DE1062839B
Application number: DEW24061A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Lustman; Ezekiel F Losco; Harold J Snyder; Richard R Eggleston
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1957-10-08
Filing date: 1958-09-09
Publication date: 1959-08-06
Also published as: GB850999A; CH386573A; BE571865A; US3074871A; FR1214215A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Neutronen absorbierendes, aus einer Silberlegierung bestehendes Kontrollorgan für einen Kernreaktor.

In einem Neutronenreaktor wird ein spaltbares Isotop, z. B. U²³³, U²³⁵ oder Pu²³⁹ oder ein Gemisch aus diesen Stoffen der Spaltung durch Neutronenabsorption unterworfen. Dabei wird eine sich selbst erhaltende Reaktion durch die bei der Spaltung entwickelten Neutronen erzeugt. Reaktoren dieser Art umfassen Körper von Verbindungen, die derartiges spaltbares Material, z. B. natürliches Uran, in enger Bindung mit einem Neutronen verlangsamenden Stoff enthalten, d. h. einem Stoff, der die Neutronen auf die Wärmeenergie verlangsamt. Ein derartiger Stoff wird als Moderator bezeichnet. Beispiele dafür sind unter Druck stehendes Wasser, Kohlenstoff, Beryllium und Deuteriumoxyd.

Ein wirksames Verfahren zur Steuerung und Kontrolle von Neutronenreaktoren besteht darin, daß man Kontrollstäbe aus Neutronen absorbierendem Werkstoff in das Reaktionssystem und aus demselben bewegt. Auch die Beendigung der Reaktion wird durch Eintauchen eines oder mehrerer Neutronen absorbierender Stäbe in den Reaktor bewerkstelligt. Ein Kontrollstab wird langsam in das System und aus demselben bewegt, um in dem Reaktor nur kleine Änderungen der Reaktivität herbeizuführen, während ein Sicherheitskontrollstab mit großer Geschwindigkeit in geeignete Stellung gebracht werden muß.

Bei der Auswahl von Metallen und Legierungen, die sich zur Erzeugung von Kontrollstäben für Neutronenreaktoren eignen, müssen bestimmte metallurgische, mechanische und physikalische Bedingungen berücksichtigt werden. Diese Bedingungen sind im wesentlichen die folgenden :

1. Großer Querschnitt für die gesamte Neutronenabsorption und kleinster Verlust an Absorptionsfähigkeit bei Bestrahlung während langer Zeitspannen.

2. Metallurgische Stabilität unter Neutronenbestrahlung und Sicherheit gegen Bestrahlungsschäden, die ein zuverlässiges Funktionieren während des Reaktorbetriebes beeinträchtigen würden.

3. Korrosionsfestigkeit bei Verwendung in Druckwasser von hoher Temperatur.

4. Sicherheit gegen Wärmeverzerrungen bei ungleichförmigen Temperaturbedingungen während des Reaktorbetriebs.

5. Ausreichende mechanische Festigkeit und Dehnbarkeit, um gegen Stoßbelastungen (scramming loads) während des Betriebes widerstandsfähig zu sein.

Wichtig ist ferner, daß das ausgewählte Metall oder die ausgewählte Metallegierung in ausreichender Menge zur Verfügung steht, daß sich das Metall bzw. die Legierung mühelos in die mannigfaltigen Formen von Kontroll-

Neutronen absorbierendes,
aus einer Silberlegierung bestehendes
Kontrollorgan für einen Kernreaktor

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann und Dr.-Ing. A. Weickmarm_t Patentanwälte, München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Oktober 1957

Benjamin Lustman, Ezekiel F. Losco, Pittsburgh, Pa.,

Harold J. Snyder, Bethel Park, Pa.,
und Richard R. Eggleston, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

stäben bringen läßt und daß die Kosten des Metalls bzw. der Legierung erträglich sind.

Bisher ist Hafnium das einzige bekannte Metall, das die meisten dieser Bedingungen für die Herstellung von Kontrollstäben erfüllt. Hafnium läßt sich aber nur schwer in die für derartige Stäbe erforderliche Form bringen und muß mit einem Schutzüberzug aus einem anderen Metall während des Strangpressens versehen werden. Außerdem ist das Vorkommen von Hafnium begrenzt, und daher ist dieser Stoff teuer. Auch Silberlegierungen sind für den vorliegenden Zweck im Schrifttum schon vorgeschlagen worden.

Die Erfindung betrifft Silberlegierungen, die sich unter Vermeidung der erwähnten Nachteile für die Herstellung von Stäben für die Regelung der Zahl der erzeugten Neutronen in Neutronenreaktoren besonders eignen.

Zum besseren Verständnis sind diese Merkmale der Erfindung und weitere Erfindungsmerkmale an Hand der Figuren erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 bis 5 Diagramme, welche für verschiedene Legierungen unter besonderen Bedingungen die Gewichtsänderung in Abhängigkeit von der Zeit wiedergeben,

Fig. 6 einen Reaktor im Aufriß, teilweise geschnitten.

Erfindungsgemäß dienen als Werkstoff für Kontrollstäbe bestimmte einphasige Legierungen auf Silberbasis.

909 580/334

Im besonderen handelt es sich um ZweistofHegierungen aus Silber und Indium, Dreistofflegierungen aus Silber, Indium und Kadmium; Silber, Indium und Zinn; und Vierstofflegierungen aus Silber, Indium, Kadmium und Zinn; alle diese Stoffe sind einphasigen Typs und haben sich für den Erfindungszweck als befriedigend erwiesen. Eine derartige Legierungszusammensetzung besteht beispielsweise aus von 65 bis 85 Gewichtsprozent Silber, von 2 bis 20 Gewichtsprozent Indium, von 0 bis 10 Gewichtsprozent Kadmium und von 0 bis 5 Gewichtsprozent Zinn. Es können kleine Mengen Aluminium bis zu ungefähr 1,5% beigegeben werden zum Zwecke der Erhöhung der Korrosionswiderstandsfähigkeit und -festigkeit.

Die zweistoffigen Legierungen aus Silber und Indium bestehen aus ungefähr 80 bis 85 Gewichtsprozent Silber und 15 bis 20 Gewichtsprozent Indium. Eine Legierung dieser Zusammensetzung hat die Eigenschaft, epithermische Neutronen in hohem Maße und thermische Neutronen mäßig stark zu absorbieren, da sich Silber und ao Indium ergänzen in bezug auf die Lage ihrer Absorptionsresonanzspitzen, die sich nicht überschneiden. Die Menge des verwendeten Indiums ist infolge seiner begrenzten Löslichkeit in Silber beschränkt. Vergrößert man den Anteil an Indium über diese Grenzen, so erhält man eine unerwünschte Phasenänderung beim Erhitzen und Kühlen. Gleichzeitig tritt Instabilität in bezug auf die Abmessungen ein.

Es ist anzustreben, daß die Legierungen gemäß vorhegender Erfindung eine einphasige Kristallstruktur und dabei metallurgische Stabilität während der Lebensdauer des Neutronenreaktors behalten. Phasenänderungen sind gewöhnlich begleitet von Änderungen der Dimensionen; letztere sind bei Kontrollstäben für Neutronenreaktoren wegen der geforderten kleinen Toleranzen zwischen dem Kontrollstab und den Reaktorelementen unerwünscht.

Legierungen gemäß der Erfindung, welche Einphasenkristallstruktur und damit metallurgische Stabilität behalten, können nach folgender Gleichung bestimmt werden:

X + 2Y + ZZ + ZW + 4 F = 1,4 und kleiner.

Darin bedeuten X, Y, Z, W und V die Atomanteile (atomare Mengenanteile) der Elemente Silber, Kadmium, indium, Aluminium bzw. Zinn, wobei Silber in der Größenordnung von 65 bis 85 °/₀, Indium in der Größenordnung von 2 bis 20% enthalten ist, Kadmium 10%, Zinn 5% und Aluminium 1,5% nicht übersteigen. Bei Anwendung dieser Gleichung ist das bevorzugte Resultat 1,4. Es kann jedoch im Hinblick auf verschiedene metallurgische und andere Probleme, die sich bei der Herstellung von Legierungen ergeben, gelegentlich um 1,3 herum sein. Diese letzteren Legierungen sind befriedigend und können im Sinne der Erfindung Verwendung finden.

Nach vorstehender Gleichung können die Bestandteile beispielsweise einer dreistoffigen Silber-Indium-Kadmium-Legierung, die eine einphasige feste Lösung ergeben, leicht ermittelt werden, wenn die Konzentration eines der Komponenten oder Bestandteile im voraus festgesetzt ist.

Wird ein Zusatz von Aluminium beigegeben, dann ersetzt dieser Indium auf der Basis eines gleichen Atomanteils oder Kadmium auf der Basis von 1,5 Atomen Kadmium pro Atom Aluminium oder Silber auf der Basis von 3 Silberatomen für jedes Aluminiumatom.

Während der Bestrahlung von Silber-Indium-Kadmium-Legierungen verwandelt sich Silber in Kadmium und Indium in Zinn, während Kadmium als Kadmium

verbleibt, weil nur eine isotopische Änderung in Kadmium stattfindet. Die Umwandlungsprodukte haben geringe Neutronen absorbierende Querschnitte, und der physikalische Wert nimmt mit der Zeit ab. Auch ändert sich mit der Bestrahlung die Zusammensetzung der Legierung, und es ist erforderlich, nicht bloß die Ausgangslegierung, sondern auch die Zusammensetzung derselben, nachdem sie der Neutronenbestrahlung ausgesetzt war, zu betrachten, um zu gewährleisten, daß Einphasigkeit während einer beträchtlichen Zeitspanne der Benutzung eines Kontrollstabes aus dieser Legierung in dem Reaktor erhalten bleibt.

Es wurde gefunden, daß bei Anwendung der obigen Formel Einphasenlegierungszusammensetzungen hergestellt werden können, die eine einzige Phase behalten, wenn sie der Bestrahlung ausgesetzt werden, unabhängig von durch die Bestrahlung hervorgerufene Änderungen in der Zusammensetzung.

Es wurde eine erhebliche Zahl von Legierungszusammensetzungen gemäß vorliegender Erfindung hergestellt und auf ihre Eignung zur Fertigung von Kontrollstäben geprüft. Zur Erzeugung der Legierungen kann nach irgendeinem der üblichen Verfahren gearbeitet werden. Beispielsweise werden die Legierungsbestandteile in einen Graphitschmelztiegel in dem gewünschten Verhältnis eingebracht und in diesem durch Induktionsheizung geschmolzen. Zur Verhinderung einer Oxydation der geschmolzenen Legierungskomponenten kann auf die Oberfläche des Schmelzflusses ein Überzug aus kalziniertem Koksschrott gelegt werden. Aus dem Schmelzofen wird die Schmelze entweder über einen Löffel oder direkt vom Boden des Schmelztiegels in geeignete Formen gegossen; gewünschtenfalls können die Bodenwindungen der Induktionsheizspule zur Heizung des oberen Endes des gegossenen Blockes benutzt werden, um ein übermäßiges Lunkern in dem Block zu verhindern. Nach beiden Verfahren wurden Blöcke mit Gewichten von 2,3 bis 136 kg gegossen. Die Blöcke können bei einer Temperatur von ungefähr 594° C 24 Stunden lang in einer Atmosphäre von Argon homogenisiert werden.

Die nachstehende Tabelle gibt die Zusammensetzungen verschiedener Legierungen wieder. Die Menge der Komponenten wurde festgelegt durch Entnahme von Proben aus dem oberen und unteren Ende der Blöcke; die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Mengen sind der Durchschnitt aus den beiden Proben. Daher ist die Gesamtmenge nicht genau gleich 100%.

Tabelle I

Legierung Nr.	Silber	Indium	Kadmium	Alu minium	Zinn
1	85,3	14,8
2	82,7	17,3
3	80,0	20,3
4	79,7	19,6		0,56
5	74,6	24,6		0,53
6	76,7	22,0		1,16
7	81,6	13,6	4,9
8	75,3	9,8	14,8
9	72,0	7,7	20,1
10	68,0	2,6	29,5
11	69,6	19,8	9,8	0,53
12	74,6	19,8	4,9	0,56
13	71,9	18,1	10,0	1,16
14	78,7	13,3	4,85		2,97
15	76,3	12,1	9,4		2,00
16	71,7	7,2	19,2		1,80
17	63,5	2,4	33,1		0,50

Die Korrisionsfestigkeit verschiedener Legierungen gemäß der Erfindung wurde unter verschiedenen Bedingungen geprüft.

Es wurden Versuche in stehendem Wasser in einem Autoklav aus nichtrostendem Stahl bei einer Temperatur von 260, 288, 316 und 343° C durchgeführt, unter Verwendung von deionisiertem Wasser, welches während der Aufheizperiode entgast und alle 7 bis 14 Tage ersetzt wurde. Der p_H-Wert des Wassers wurde in der Größenordnung von 6,5 bis 7,5 gehalten; der Anfangswiderstand des Wassers war 500 000 Ohm · cm. Die bei 316° C ermittelten Versuchsergebnisse sind deshalb besonders einschlägig, weil diese Temperatur etwas über der Temperatur liegt, welcher Kontrollstäbe in Druckwasserreaktoren unterliegen (die Betriebstemperatur von Druckwasserreaktoren liegt im allgemeinen zwischen ungefähr 274 und 288° C).

Ferner wurden in einem Autoklav mit zirkulierendem Wasser Versuche bei 288 und 343° C durchgeführt unter Verwendung von entgastem, mit H₂ bzw. mit O₂ versetztem Wasser bei p_H-Werten von 8,5 bis 9,5 und von 9,5 bis 10,5. Bei diesen Versuchen wurden dem Speisewasser Zusätze von Ammoniumhydroxyd (Ammoniak) beigegeben, um den unteren P₁₁-Wert aufrechtzuerhalten. Lithiumhydroxyd wurde beigegeben für den höheren p_H-Wert. Das Wasser zirkulierte in der Autoklavenschleife in einer Menge von ungefähr 3,781 pro Stunde. Dabei waren Einrichtungen vorgesehen, um am Einlaß und Auslaß des Autoklavs Proben zu entnehmen und tägliche p_H-Wert-Messungen und Gasanalysen vornehmen zu können. Hohes p_H und mit H_a versetztes Wasser sind für Druckwasserreaktoren von Interesse, da sofort der Reaktor mit Kühlwasser eines p_H-Wertes von 9,5 bis 10,5 und mit einer Wasserstoffkonzentration von 25 bis 30 cm³/kg arbeitet. Mit Ammoniumhydroxyd und Sauerstoff versetztes Wasser ist von Interesse wegen der Möglichkeit einer Verunreinigung des Wassers durch diese Stoffe während der kurzen Eintauchperioden.

Ferner wurden bei 316° C unter Verwendung von mit H₂ versetztem Wasser bei p_H-Werten von 6,5 bis 7,5 und von 9,5 bis 10,5 Untersuchungen bezüglich der Korrosion der Schleife durchgeführt. Die Geschwindigkeit des Wassers betrug dabei ungefähr 3 m/sec. Dieser Versuch wurde unter Bedingungen wie in einem wirklichen Druckwasserreaktor vorgenommen, nur in Abwesenheit einer Neutronenaufnahme.

Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den Fig. 1 bis 5 wiedergegeben. In diesen Figuren sind die Zusammensetzung der Legierung und die Versuchsführung eingetragen. Die Kurven zeigen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen korrosionsfest sind und voll den Anforderungen für die Verwendung als Kontrollstäbe in Neutronenraktoren genügen.

Mit kleinen Proben (50,8 · 50,8 · 5,7 mm) wurden die physikalischen Werte in einem Versuchsreaktor getestet, in welchem das in einer Großreaktorenanlage erwartete Neutronennußspektrum nachgebildet war. Unter Messung des physikaUschen Wertes ist die Messung der Neutronenabsorptionsfähigkeit eines Materials zu verstehen. Die Reaktivität einer jeden Probe wurde ermittelt und die ermittelten Werte in Vergleich gesetzt zu einer Standardprobe aus Hafnium der gleichen Größe. Die Anwesenheit einer geringen Menge von Aluminium in der Legierung beeinträchtigt den physikalischen Wert der Legierung wegen des geringen Neutroneneinfangsquerschnitts; indessen würde die Weglassung der Aluminiumkomponente aus der Legierung nur eine geringe Erhöhung des Kadmium- oder Silberanteils gestatten, wodurch keine wesentliche Änderung der Resultate einträte. Physikalische Werte über jenen von Hafnium werden erhalten

durch Zugabe von Kadmium zu einer Legierung aus 80 Gewichtsprozent Silber und 20 Gewichtsprozent Indium. Jedoch verbessert eine Erhöhung des Kadmiumanteils über ungefähr 5 Gewichtsprozent den ursprünglichen physikaUschen Wert der Legierung nicht merkbar.

Die nachstehende TabeUe gibt einen ÜberbUck über die Testversuche betreffend den physikaUschen Wert. Bezugswert ist jener von Hafnium, der als »1« gilt.

TabeUe II

Zusammensetzung in Gewichtsprozent	Relativer
Ag	In	Cd	Al	Sn	Wert
78,5	18,6		0,72		0,94
76,7	22,0		1,16		0,96
79,7	19,6		0,56		0,99
74,6	24,6		0,53		1,01
74,6	19,8	I9	0,56		1,03
69,6	19,8	9,8	0,53		1,03
70,9	18,1	10,0	1,16		1,02
64,8	19,5	15,2	0,53		1,03
81,6	13,6	4,9			0,99
77,2	11,1	0,79		10,8	0,94
82,7	17,3				0,94
75,6	12,9			11,7	0,89

Die minimale Festigkeit (für 0,2% bleibende Dehnung), die für KontroUstäbe bei einem bestimmten Typ von industrieUen Kraftreaktoren erforderUch ist, um den beim Einschießen auftretenden Belastungen Widerstand zu leisten, wurde berechnet auf 280 kg/cm² bei 316° C. Bei einem Sicherheitsfaktor von 2,5 ergibt sich ein Wert in der Größenordnung von 700 kg/cm² in Verbindung mit einer Flächenverringerung von ungefähr 30% als wünschenswert. Die Legierungen gemäß vorUegender Erfindung haben eine Dehnfestigkeit (Festigkeit für 0,2% bleibende Dehnung) von 770 bis 840 kg/cm² und höher bei 316° C Die Dehnungseigenschaft einzelner Legierungen wurde bei Raumtemperatur und bei 316° C bestimmt. Die Ergebnisse dieser Versuche finden sich in der umseitigen TabeUe III. SämtUche Versuchsproben hatten 50,8 · 12,7 · 5,7 mm und waren kalt gewalzt und 1 Stunde lang bei 500° C getempert mit Ausnahme der beiden letzten in der TabeUe stehenden Legierungen, die 1 Stunde lang bei 600° C getempert waren.

Es wurde festgesteUt, daß die bevorzugte Legierung zur HersteUung von Kontroll- oder Regelstäben eine Legierung ist, die aus ungefähr 80 Gewichtsprozent Silber, 15 Gewichtsprozent Indium und 5 Gewichtsprozent Kadmium besteht.

Zu Versuchszwecken wurden drei Blöcke von ungefähr 17,8 cm Durchmesser und einem Gewicht von ungefähr 91 kg erzeugt durch Schmelzen von 80 Gewichtsprozent Silber, 15 Gewichtsprozent Indium und 5 Gewichtsprozent Kadmium in einem Graphittiegel unter Zuführung von Luft und durch Gießen in Graphitformen. Zur Verhinderung einer Oxydation der Legierung während des Schmelzens wurde über der Schmelze eine Schicht aus kalziniertem Koks vorgesehen. Die Blöcke wurden 24 Stunden lang bei 594° C homogenisiert, sodann bei dieser Temperatur auf einen Durchmesser von ungefähr 14,6 bis 15,3 cm geschmiedet und schUeßUch auf einen Durchmesser von ungefähr 13,9 cm gebracht. Vier Knüppel aus diesen Blöcken wurden bei verschiedenen Temperaturen in kreuzförmige KontroU- oder Regelstäbe gepreßt (im Strangpreßverfahren). Die Breite des kreuzförmigen Querschnitts war ungefähr 9,5 cm und die Blattstärke ungefähr 0,95 cm. An aUen Strangpreßprofilen wurde eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit festgesteUt.

Tabelle III

Versuchs temperatur in ° C	Dehnfestigkeit 111 JSg/UIIl J. UX 0,2 °/„ bleibende Dehnung	Absolute Festigkeit in kg/cm²	Flächen reduktion in °/„	Längung in % für 5 cm Meßlänge
21	740	3020	62	67
316	675	1240	50	34
21	1540	3600	35	41
316	1270	1370	59	17
21	1610	3750	45	50
316	1105	1240	65	35
21	1770	3020	30	32
316	1205	1240	2	3
21	1350	2550	19	15
316	915	965	0	0

Zusammensetzung in Gewichtsprozent

Ag	In	Cd
81,6	13,6	4,9
78,7	13,3	4,9
76,3	12,1	9,4
74,6	19,8	4,9
69,6	19,8	9,8

Al Sn

2,97
2,00

0,56
0,53

Die folgende Tabelle zeigt die chemischen Analysen, die Strangpreßbedingungen und die beim Strangpressen angewendete Temperung.

TabeUe IV

Nr.	Zusammensetzung in Gewichtsprozent	Vorwärmzeit	Temperatur	Temperzeit	Temper
des Preßlings	Ag	In	Cd	in Minuten	beim Pressen	in Minuten	temperaturen in ⁰C
1	79,62	15,6	4,78	40	593	60	500
2	79,40	15,0	5,6	115	593	30	400
3	79,25	15,1	5,6	60	438	60	400
4	80,0	14,7	5,4	60	482	60	400

Die Dehnungseigenschaft bei Raumtemperatur und bei 316° C ist für diese vier Knüppel in der folgenden Tabelle berücksichtigt.

Tabelle V

Nr.	Preßbedingungen	Test temperatur in ° C	Dehnfestigkeit in kg/cm² für 0,2 °/₀ bleibende Dehnung	Absolute Festigkeit in kg/cm²	Flächen reduktion in %	Längung in % für 5 cm	Härte DPH	ASTM Korngröße
21	760	3080	52	58	84,1	8
40 Minuten vorgewärmt
bei 593° C	316	680	1325	56	42			1 S			21	542	2720	60	61	67,8	1 bis 3
und 1 Stunde bei 500° C
behandelt	316	544	1205	49	34
21	1100	3220	58	53	70,0	4 bis 6
115 Minuten vorgewärmt
2 .		bei 593° C	316	960	1100	74	61
Stranggepreßt	21	835	3120	46	52	67,0	4 bis 6
und ¹Z₂ Stunde bei 400° C
behandelt	316	805	1185	78	43
Stranggepreßt	21	990	3250	56	52	95,8	8
60 Minuten bei 438° C
behandelt	316	860	1070	85	39			3 .			21	980	3220	60	57	81,9	6 bis 8
und 1 Stunde bei 400° C
behandelt	316	890	1070	74	40
f		21	1070	3170	52	44	99,3	8
60 Minuten bei 482° C
316	780	845	75	96			4 .		Stranggepreßt	21	775	3020	55	51	78,5	4 bis 8
und 1 Stunde bei 400° C
behandelt	316	775	1135	71	50

Die vorstehende Tabelle, welche die Ergebnisse für gibt, läßt erkennen, daß die Dehnfestigkeit durch Temstranggepreßte und getemperte Stäbe zusammen mit perang verringert wird und daß die Flächenreduktion für Korngröße und Härte unter diesen Bedingungen wieder- 70 bei 500° C getempertes Material erheblich ist. In Über-

einstimmung damit ist eine bei der hohen Vergütungstemperatur beobachtete Reduktion der Härte und der Korngröße. Alle Preßlinge, die ¹I₂ Stunde bis 1 Stunde bei 400° C getempert wurden, haben eine Dehnfestigkeit über 700 kg/cm², was den Anforderungen in industriellen Reaktoren entspricht.

Zusätzliche physikalische Eigenschaften einer Legierung aus 80 % Silber, 15 % Indium und 5 % Kadmium sind in der folgenden Tabelle aufgezeigt.

Tabelle VI

Physikalische Eigenschaften einer Legierung aus 80 °/₀ Ag, 15% In und 5% Cd

Wärmeleitfähigkeit

Temperaturen in ⁰C	Kalorien/ see · cm · ° C	Btu/hr · ft · ° F
0(1)	0,131	31,7
25(1)	0,135	32,7
50	0,141	34,1
100	0,150	36,3
200	0,168	40,7
300	0,183	44,3
400	0,196	47,4
500	0,207	50,1
600	0,216	52,3

' blieb nach der Bestrahlung zweiphasig. Dies ist wichtig, da sich hieraus ergibt, daß die erfindungsgemäßen Legierungen bis zu ungefähr 10 % einer zweiten Phase aufweisen können, ohne daß hierdurch ihre Brauchbarkeit als Material für Kontroll- oder Regelstäbe beeinträchtigt wird. Ferner geht daraus hervor, daß Bestrahlungen mit einem Fluß von 1,4 · IO²¹ Neutronen/cm² · see bei der Legierung aus 80% Silber, 15% Indium und 5% Kadmium möglich sind.

ίο Mit den bestrahlten Probestücken wurden Korrosionsversuche durchgeführt. Sie ergaben in stehendem Wasser von 343° C die gleiche Korrosionsfestigkeit wie nicht bestrahlte Probestücke.

Die nächste Tabelle zeigt die Ergebnisse von Dehnungsversuchen der bestrahlten Probestücke in Gegenüberstellung mit einigen nicht bestrahlten Probestücken. Es zeigt sich eine Zunahme der Festigkeit bei den bestrahlten Probestücken.

TabeUe VII

(^x) Extrapoliert.

Dynamischer Elastizitätsmodul

Temperaturen in ⁰ C	kg/cm²
25	810 000
100	780 000
200	750 000
300	692 000
316 (600° F)	680 000

Linearer Wärmedehnungskoeffizient 25 bis 500° C, 22,5 · ΙΟ"⁶/⁰ C

Dichte

25° C, 10,17 g/cm³

Schmelzpunkt

775 bis 825° C (ungefähr)

Legierungs- zusammen setzung in Gewichts prozent	Bestrahlung in Neutronen/ cm² · see	Dehnfestig keit in kg/cm für 0,2 % bleibende Dehnung	Absolute F ti keit in kg/cm^a	Längung in % für S cm
79,6% Ag 19,9% In 0,5% Al	nicht bestrahlt	1345	3520	50
79,6% Ag 19,9<y₀In 0,5% Al	nicht bestrahlt	1510	3500	—
79,6% Ag 19,9% In 0,5% Al	nicht bestrahlt	1360	3515	50
79,6% Ag 19,9% In 0,5o/₀ Al	8,7 · IO²⁰ 2,7 · IO¹⁹	1870	3640	39
79,6 o/₀ Ag 19,9o/o In 0,5 0/0 Al	8,8 · IO²⁰ 6,4 · IO¹⁹		3580
79,6 0/0 Ag 19,9% In 0,5 0/0 Al	2,3 · IO²⁰ 2,0 · IO¹⁹	2260	3560	45
80 0/0 Ag I50/0 In 5% Cd	nicht bestrahlt	580	2620
80 0/0 Ag 15% In 5% Cd	nicht bestrahlt	580	2770	52
80 o/o Ag I50/0 In 5% Cd	nicht bestrahlt	615	2730	50
80% Ag 15% In 5% Cd	14,4 · IO²⁰ 7,1 · IO¹⁹	960	2950	52
80 0/0 Ag I50/0 In 50/0 Cd	9,9 · IO²⁰ 3,7 · IO¹⁹	510	2930	44
80% Ag 15% In 5% Cd	3,3 · IO²⁰ 2,7 · IO¹⁹	1970	2910	44

Es wurden vier Zugstäbe einer Legierung aus 79,6% Silber, 19,9% Indium und 0,5% Aluminium und vier Stäbe einer Legierung aus 80% Silber, 15% Indium und 5% Kadmium gefertigt. Diese acht Probestäbe wurden in Zylinder aus einer Zirkonlegierung mit vernachlässigbarer Neutronenabsorption eingeschlossen. Die eingeschlossenen Probestäbe wurden in verschiedenen Gitter- und Refiektorstellungen in einem Testreaktor der ungeschwächten Bestrahlung mit einem Fluß von 1,4 · IO²¹ Neutronen/cm² · see (thermische Neutronen) und 6,4 · IO¹⁹ Neutronen/cm² · see (schnelle Neutronen) ausgesetzt.

Nach der Bestrahlung zeigten die Probestücke keine Änderungen in Dimension und Dichte, so daß sie bei Neutronenbestrahlung als dimensionsstabil zu gelten 65 haben. Ebensowenig zeigten die Probestücke metallographische Änderungen. Die Einphasenlegierung aus 80% Silber, 15% Indium, 5% Kadmium blieb auch nach der Fig. 6 zeigt einen Neutronenreaktor 10 teilweise aufBestrahlung einphasig. Die Zweiphasenlegierung aus gebrochen, so daß ein Kontroll- oder Regelstab 12 zwi-79,6% Silber, 19,9% Indium und 0,5% Aluminium 70 sehen Brennstoffelementen 14 sichtbar ist. Der Reaktor

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Claims

ist ein Druckwasserreaktor, bei welchem Wasser unter einem Druck von mehreren 100 kg/cm2 als Moderator Verwendung findet. Die Temperatur, welcher der Kontroll- oder Regelstab 12 beim Gebrauch unterworfen wird, liegt in der Größenordnung von ungefähr 274 bis 288° C; indessen kann es in dem Reaktor Bereiche geben, die eine Temperaturhöhe bis zu 332° C einnehmen, z. B. in der Nachbarschaft der heißen Stellen der Brennstoffelemente. Der Kontroll- oder Regelstab 12 besteht aus einer der erfindungsgemäßen Legierungen. Diese sind jedoch auch für den Gebrauch in anderen Reaktoren geeignet. Beschreibung und Zeichnung geben nur Beispiele wieder. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Patentansprüche:

1. Neutronen absorbierendes, aus einer Silberlegieiung bestehendes Kontroll- oder Regelglied für einen Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einer Legierung von 65 bis 85 Ge-

wichtsprozent Silber, 2 bis 20 Gewichtsprozent Indium, 0 bis 10 Gewichtsprozent Kadmium, 0 bis 5 Gewichtsprozent Zinn und 0 bis 1,5 Gewichtsprozent Aluminium besteht, wobei sich der Mengenanteil jeder Komponente bei der Herstellung der Legierung bestimmt nach der Gleichung X + 2Y + 3Z + 3 W + 47 = 1,4 und weniger, worin X, Y, Z, W und V die Atomanteile (atomare Mengenanteile) der Elemente Silber, Kadmium, Indium, Aluminium bzw. Zinn bedeuten.

2. Kontroll- oder Regelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 15 bis 20 Gewichtsprozent Indium und 85 bis 80 Gewichtsprozent Silber besteht.

3. Kontroll- oder Regelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus ungefähr 80 Gewichtsprozent Silber, 15 Gewichtsprozent Indium und 5 Gewichtsprozent Kadmium besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 773 823.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen