DE1136428B

DE1136428B - Verfahren zur Herstellung von Regelstaeben fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1136428B
Application number: DEB55971A
Authority: DE
Inventors: Lambert Frank Kooistra
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1959-01-09
Filing date: 1959-12-18
Publication date: 1962-09-13
Also published as: GB877370A; BE586386A; FR1244777A

Description

Verfahren zur Herstellung von Regelstäben für Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Regelstäben für Kernreaktoren, die mit neutronenabsorbierenden Substanzen gefüllte Hohlräume enthalten. Derartige Regelstäbe werden in den Reaktor ein- und ausgeführt, um hierdurch dessen Reaktivität zu beeinflussen.
Die bei den heute gebräuchlichen Reaktoren verwendeten Regelstäbe werden in Formen eingesetzt, welche zusammen mit den Brennstoffelementen so den Kern des Reaktors bilden, daß ein möglichst geringes Volumen beansprucht wird, bei einer möglichst großen Oberfläche und die bestmöglichste Neutronenabsorption im Kern selbst erreicht wird. Eines der sich bei der Verwendung solcher Kontrollstäbe ergebenden Probleme liegt darin, daß Materialien mit einem großen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen im allgemeinen für Reaktoren allein nicht verwendbar sind und wenn diese mit anderen Materialien legiert werden, das erzielte Endprodukt nicht die erforderlichen Widerstandswerte für die Verwendung in Kernreaktoren aufweist. So wird beispielsweise borhaltiger korrosionsbeständiger Stahl in einer für die Anwendung der bei Kernreaktoren erforderlichen Legierung brüchig. Hafnium und die seltenen Erden sind rar und daher sehr teuer.
Es sind Konstruktionen bekannt, bei denen der Regelstab aus einzelnen, mit Absorbermaterial gefüllten Rohren zusammengesetzt ist, die alle in einer Ebene längsseits nebeneinander liegen. Auch ist es bekannt, einen Regelstab herzustellen, der aus gefüllten Rohren besteht, die in axialer Richtung aneinandergefügt sind. Schließlich ist es bekannt, Regelstäbe, bestehend aus mit neutronenabsorbierendem Material gefüllten Rohren auf einem Kreis anzuordnen. Demgegenüber werden bei dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung von Regelstäben für Kernreaktoren, die mit neutronenabsorbierenden Substanzen gefüllte Hohlräume enthalten, erfindungsgemäß diese Hohlräume zuerst bei einem bestimmten Stabquerschnitt in zylindrischer Form hergestellt, dann mit den neutronenabsorbierenden Substanzen gefüllt und der Stab anschließend auf einen Querschnitt gewalzt, der kleiner ist als der bei der Herstellung der Hohlräume.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sollen die Hohlräume in dem Regelstab in axialer Richtung einander überlappen und senkrecht zur Stabachse nebeneinander angeordnet sein. Die Hohlräume werden vorteilhaft durch Bohren hergestellt und diese Bohrungen durch verformbare Stopfen verschlossen.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß damit blattförmige Regelstäbe sehr geringer Dicke hergestellt werden können, was besonders für die modernen Reaktorsysteme von erheblicher Bedeutung ist. Derartige blattförmige Regelstäbe konnten bisher nur mit erheblich höheren Gestehungskosten hergestellt werden, indem nach sogenannten pulvermetallurgischen Verfahren gearbeitet wurde. Außerdem mußten derartige Stäbe noch allseits plattiert werden. Daß ein derartiges Herstellungsverfahren wesentlich aufwendiger als das vorliegende ist, ist offensichtlich.
In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Ansicht eines Metallstreifens, der mit Hohlräumen versehen ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Metallstreifen gemäß Fig. 1 nach dem Walzen, Fig. 3 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform mit sich überlappenden Bohrungen, Fig. 4 den Metallstreifen gemäß Fig. 3 nach dem Auswalzen und Fig. 5 und 6 kreuzförmig ausgestaltete Regelstäbe. Eine Platte 1 aus einem geeigneten Material ist mit einer Anzahl von tiefen Hohlräumen 2 versehen. Diese Hohlräume werden mit stark neutronenabsorbierendem Material wie Bor, Cadmium, Hafnium oder chemischen Verbindungen dieser Stoffe ausgefüllt und durch Verschweißen an ihren Enden verschlossen. Die Platte 1 wird anschließend auf Walztemperatur gebracht und auf einer üblichen Vorrichtung gewalzt, wobei die Dicke der Platte, wie dies aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, erheblich verringert wird.
Das neutronenabsorbierende Material 3 wird durch das Walzen in elliptischen, langgestreckten Räumen in einer relativ dünnen Platte eingebaut. Dabei bleibt aber eine Struktur von ausreichender mechanischer Festigkeit erhalten, um den hohen mechanischen Anforderungen bei der Verwendung in Kernreaktoren gerecht zu werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, können die Hohlräume in dem Material in axialer Richtung einander überlappen und senkrecht zur Stabachse nebeneinander angeordnet sein, so daß nach dem Walzen das neutronenabsorbierende Material in der Längsrichtung und den Querschnitt des Stabes so angeordnet ist, daß nach außen eine vollständige neutronenabsorbierende Schicht in Erscheinung tritt.
Die Stärke der mit Hohlräumen versehenen Platte 1 kann beispielsweise 63 mm betragen, die dann auf eine Stärke von 6 mm heruntergewalzt wird. Vorzugsweise wird als Material für die Platte korrosionsbeständiger Stahl verwendet. Es kann aber auch anderes Material, das den hohen Anforderungen innerhalb eines Reaktors gerecht wird, wie z. B. Aluminium oder Kohlenstoffstahl, angewendet werden.
Die Fig.5 und 6 zeigen je einen Regelstab, der kreuzförmig ausgebildet ist. Gemäß Fig. 5 besteht der kreuzförmige Regelstab aus drei einzelnen Teilen, die aneinandergeschweißt werden. Bei dem Streifen 4 wird das Mittelteil des Stabes von Einlagerungen neutronenabsorbierenden Materials freigehalten. Die anderen beiden Streifen 5 und 6 werden anschließend an das Zentrum des Streifens 4 angeschweißt, so daß ein Kreuz gebildet wird. Gemäß Fig. 6 kann der Kontrollstab aber auch aus zwei Streifen 7 und 8 bestehen, die um 90° gebogen sind und an ihrer Biegestelle miteinander durch Schweißen verbunden werden.
Die durch Neutronenabsorption verursachten Kernreaktionen erzeugen gasförmige Stoffe, wie beispielsweise aus dem Bor 10 Heliumgas entsteht. Im allgemeinen ist es unangenehm, radioaktive Reaktionsprodukte zu entfernen, jedoch im Falle von Helium oder anderen ungefährlichen gasförmigen Reaktionsprodukten wird es vorteilhaft sein, diese Produkte aus dem Inneren des-Regelstabes zu entfernen. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Teil t des Regelstabes aus einem Material hergestellt wird, welches in an sich bekannter Weise durch metallurgische Verfahrenstechniken erzielt wird. Die Anwendung eines solchen Metalls ermöglicht die Diffusion des Gases aus dem Inneren des Regelstabes heraus.
Eine andere Art, den Austritt der gasförmigen Spaltprodukte zu ermöglichen, besteht darin, daß die Enden der Bohrung durch eine entsprechende, poröse Metallplatte verschlossen werden. Auch können die Hohlräume teilweise mit porösem Material gefüllt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Regelstäben für Kernreaktoren, die mit neutronenabsorbierenden Substanzen gefüllte Hohlräume enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Hohlräume zuerst bei einem bestimmten Stabquerschnitt in zylindrischer Form hergestellt werden, dann mit den neutronenabsorbierenden Substanzen gefüllt werden und der Stab anschließend auf einen Querschnitt gewalzt wird, der kleiner ist als der bei der Herstellung der Hohlräume.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hohlräume in dem Regelstah in axialer Richtung überlappen und senkrecht zur Stabachse nebeneinander angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume durch Bohren hergestellt und diese Bohrungen durch verformbare Stopfen verschlossen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 861035; britische Patentschrift Nr. 798 466; J. R. Dietrich und W. H. Zinn: »Solid Fuel Reactors«, 1958, Reading, S. 304; J. W. C h a s t a in : »US-Research Reactor Operation and Uses«, 1958, Reading, S. 160.