DE1173192B - Experimentier- und Regelstab fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1173 192

Aktenzeichen: E 22675 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 5. April 1962

Auslegetag: 2. Juli 1964

Die Erfindung betrifft einen Experimentier- und Regelstab für Kernreaktoren, der aus zwei um ihre Längsachse relativ zueinander drehbaren rotationssymmetrischen Teilen besteht, von denen der eine den anderen umgibt.

Bei den betreffenden Kernreaktoren ist es bekannt, die Stabteile derart zueinander anzuordnen, daß sie für Regelzwecke verwendbar sind. So läßt sich in bekannter Weise durch relatives Verdrehen der Stabteile zueinander der Neutronenfluß in seiner Gesamtheit oder seiner Verteilung beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stab anzugeben, der nicht nur für Regelzwecke geeignet ist, sondern dessen Einsatzmöglichkeiten gegenüber den bekannten Stäben wesentlich erweitert sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß der Stab aus einem Mutterstab und einem zu seiner Drehachse exzentrischen, axial gerichteten Kanal und einem in diesen Kanal hineingepaßten Hilfsstab zu einem zu den Drehachsen beider Stäbe exzentrischen, axial gerichteten Kanal besteht.

Dieser Stab — im folgenden Verbundstab genannt — kann nicht nur als Regelstab im üblichen Sinne, sondern nötigenfalls simultan auch als Experimentierkanal zur Aufnahme einer Meßsonde oder einer Bestrahlungsprobe verwendet werden. Vermöge seines einstellbaren Richteffektes in bezug auf die Neutronenflußverteilung kann er besonders zur lokalisierten Feinregelung und Kompensierung eingesetzt werden. .

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel des Verbundstabes. An Hand von drei Querschnitten werden in den Fig. 1 bis 3 zugleich drei spezielle Betriebsstellungen von Mutter- und Hilfsstab gezeigt.

In den Figuren ist 1 der Mutterstab, 2 der Hilfsstab und 3 der exzentrische Kanal (Schacht) des HilfsStabes. Der solcherart aufgebaute Verbundstab besteht demnach allgemein aus zwei zusammen oder getrennt drehbaren Hülsen, von denen die eine die andere umschließt. Die Hülsen sind im Schnitt halbmondförmig und im vorliegenden Falle massiv. In die exzentrische Bohrung 4 des Mutterstabes ist der Hilfsstab drehbar eingesetzt.

Die Punkte la, Ib und 1 c bezeichnen nacheinander die Rotationsachsen des Mutterstabes und des Hilfsstabes sowie die Symmetrieachse des exzentrischen Kanals. Die Achsen 1 α und 1 c liegen äquidistant zu Achse Ib, was die vollständig symmetrische Stellung der Stäbe nach F i g. 2 ermöglicht.

Der Übergang aus der halbsymmetrischen Stellung Experimentier- und Regelstab für Kernreaktoren

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),
Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,
Berlin 33, Podbielskiallee 68, und
Dipl.-Ing. H.-H.Wey,
München 22, Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

Raphael Lopes Cardozo, Varese (Italien)

nach F i g. 1 in die gespiegelte Stellung nach F i g. 3

so kann über die Stufe nach F i g. 2 gehen. In diesem Falle wird zunächst die Rotationsachse Ib des Hilfsstabes festgehalten, und der Mutterstab 1 wird um diese AchseIb um 180° gedreht. Dann wird die Rotationsachse des Mutterstabes festgehalten, und der Hilfsstab 2 wird um seine eigene Achse 1 b um 180° gedreht. Die Stellung nach Fig. 3 kann natürlich aus jeder anderen Ausgangslage erreicht werden, so aus derjenigen nach F i g. 1 durch simultane Rotation der Stäbe 1, 2 um die Achse 1 b des Hilfsstabes.

Die Stabkonfigurationen nach den F i g. 1 bis 3 zeigen weiter eine andere Eigenschaft des Verbundstabes, nämlich die Fähigkeit, durch die Drehungen bei der Stellungstransformation der Stäbe eine die Querschnittsfläche des Verbundstabes übersteigende Fläche zu überstreichen. Dies kann zur Stellungsfeinregelung des Verbundstabes in radialer Richtung ausgenutzt werden. Im Extremfalle ist das Durchwandern einer Kreisfläche möglich, deren Radius durch den größten Abstand zwischen der Symmetrieachse Ic des exzentrischen Kanals und der Peripherie des Mutterstabes gegeben ist. Hierbei ist vorausgesetzt, daß Achse lc fixiert ist. Die Mechanik des Antriebes wird dann jedoch kompliziert, weil Achse Ib — als Körperhaft auszubildende Achse — wandert. Begnügt man sich demgegenüber mit einer Wanderungsfläche, deren Radius dem Abstand der Achsen Ia-I b entspricht, bleibt die Drehachse 1 b fest. Es können dann die körperhaften Achsen la und Ib, in einer Flucht in der Achse Ic liegend, von oben und unten als Antriebswellenstummel an den Verbundstab herangeführt und die

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verschiedenen Stabstellungen durch Kupplungseffekte erzeugt werden.

Wie eingangs erwähnt, kommen folgende vier Hauptanwendungen des neuen Verbundstabes in Betracht.

1. Anwendung als Grobregelstab

Als Grobregelstab befindet sich der Verbundstab in der vollsymmetrischen Konfiguration nach F i g. 2 und besteht aus einem neutronenabsorbierenden Stoff, z. B. Kadmium. Die Verstellrichtung ist wie üblich die senkrecht gerichtete Längsachse. Zur Feinjustierung in der Waagerechten kann er zusätzlich parallel zur Längsachse verschoben werden.

2. Anwendung als Feinregelstab mit Richtwirkung

Als Feinregelstab befindet sich der Verbundstab in einer unsymmetrischen Konfiguration, z. B. der halbsymmetrischen Stellung nach Fig. 1 oder 3. In dieser Stellung variiert das Absorptionsvermögen des Stabes auf die radiale Neutronenflußverteilung über den Umfang des Stabes gesehen zwischen einem Minimum und einem Maximum. Auf diese Weise können örtliche Flußverzerrungen eingeebnet oder willkürlich hervorgerufen werden,

Grundsätzlich braucht der Verbundstab dazu nicht aus einem entsprechenden Neutronenabsorber zu bestehen. Er kann auch ganz oder nach Stäben getrennt aus einer Moderator-, Reflektor- oder Spaltsubstanz aufgebaut sein. In diesen Fällen können zusätzlich Abdeckungseffekte zwischen dem Mutterstab und dem Hilfsstab erzeugt und ausgenutzt werden. Die Umstände können weiter so getroffen sein, daß im Stabkanal ein ganz bestimmtes Neutronenspektrum oder Energieniveau erhalten wird. Der Feinregelstab kann ohne weiteres in einen Grobregelstab transformiert werden und umgekehrt.

3. Anwendung als Meßrohr

Als Meßrohr ähnelt der Verbundstab im Betrieb dem Feinregelstab. Anfänglich hat er die vollsymmetrische Form nach F i g. 2 und besteht z. B. aus einem Absorbermaterial, das im Bereich der dünnen Wandstellen für Neutronen durchlässig ist. Das Einführen der Meßmittel (Sonde, Folie) in das Rohr stört die Flußverteilung im Reaktorgitter nicht. Nach dem Einbringen der Meßmittel wird der exzentrische Kanal des Hilfsstabes in die gewünschte Richtung gedreht, beispielsweise in die Stellung nach Fig. 1. In dieser Stellung ist der Stab für die Neutronen- und Kernstrahlung »geöffnet«.

Es können sowohl punktförmige Messungen in verschiedenen Höhen, als auch Verteilungsmessungen in der Waagerechten und Senkrechten durchgeführt werden. Der Verbundstab kann als Ganzes rotieren, oder es kann auch nur der Hilfsstab rotieren. Im letzten Falle wirkt der Stab wie ein Kameraverschluß mit einstellbarer »Belichtungszeit«.

4. Anwendung als Bestrahlungsrohr

Aufbau und Betriebsweise des Bestrahlungsrohres entsprechen praktisch dem Anwendungsfall 3. In den Kanal des Hilfsstabes sind Halterungs- und Verstellmittel für die Bestrahlungsprobe eingebaut. Das kann eine abgeschirmte, zur dünnen Wandstelle des Hilfsstabes hin offene Kammer nach Art eines Lifts sein, die durch Seilzug im Kanal verstellt wird. An der Öffnungsseite der Kammer kann eine Schleuse oder ein Absorberschirm angebracht sein. Der Raum ober- und unterhalb der Kammer kann aus Homogenitätsgründen mit Moderatorflüssigkeit angefüllt sein.

Es sind zahlreiche Varianten der Anwendungsfälle 1 bis 4 möglich. Ist der Verbundstab beispielsweise in der Konfiguration nach F i g. 2 aus moderierendem Material aufgebaut und mit einem Moderator angefüllt, kann er bei geeigneten Radialabmessungen als thermische Säule dienen. Er kann weiter als reines Reflektorelement, Spaltstoffelement oder Brutstoffelement oder als Mischformen aus den beiden letzteren irgendwo im Kern oder in der Kernrandzone eingesetzt werden. An Stelle des massiven Aufbaus können die Stäbe auch zergliedert aus mehreren Schalen oder Unterstäben des jeweiligen Materials nötigenfalls mit Kühlung aufgebaut sein.

Die Geometrie des Mutterstabes muß nicht notwendig zylindrisch sein, noch muß der Kanal oder der Hilfsstab sich über die ganze Länge des Mutterstabes erstrecken. Auch der Querschnitt des exzentrischen Kanals braucht nicht zylindrisch zu sein. Er kann in bestimmten Fällen als Radialschlitz oder peripherer Schlitz ausgebildet sein.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Experimentier- und Regelstab für Kernreaktoren, der aus zwei um ihre Längsachse relativ zueinander drehbaren rotationssymmetrischen Teilen besteht, von denen der eine den anderen umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Mutterstab und einem zu seiner Drehachse exzentrischen, axial gerichteten Kanal und einem in diesen Kanal hineingepaßten Hilfsstab mit einem zu den Drehachsen beider Stäbe exzentrischen, axial gerichteten Kanal besteht.

2. Stab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanal des Hilfsstabes Mittel zur Halterung und Verstellung von Meßmitteln oder Bestrahlungsproben eingebaut sind.

3. Stab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanal eine abgeschirmte verstellbare Kammer eingebaut ist.

4. Stab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mutter- und Hilfsstab aus kernphysikalisch gleich oder verschieden reagierenden Substanzen aufgebaut sind.

5. Stab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse des exzentrischen Kanals und die Rotationsachse des Mutterstabes äquidistant zur Rotationsachse des Hilfsstabes liegen und die Antriebsmechanik des Stabes so beschaffen ist, daß wahlweise jede der drei Achsen eine feste sein kann.

6. Stab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stäbe massiv und die Kanäle als Bohrungen ausgeführt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 049 014;
USA.-Patentschrift Nr. 2 852 458;
britische Patentschrift Nr. 892 891;
französische Patentschrift Nr. 1 278 701.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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