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Regelstab für einen Kernreaktor Die Erfindung betrifft einen Regelstab
für einen Kernreaktor, der aus einem sogenannten Gift- oder Steuerglied und einem
Folgeglied besteht.
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Bei Kernreaktoren, die mit einem guten flüssigen Moderator gekühlt
werden, z. B. bei wasser- oder dampfgekühlten Reaktoren vom heterogenen Typ, und
wenigstens teilweise durch in den Kern einführbare Regelstäbe gesteuert werden,
sind Regelstäbe bekannt, die aus einem Gift- oder Steuerglied und aus einem Folgeglied
bestehen. Das Giftglied enthält ein Material mit hohem Neutronenabsorptionsquerschnitt
und senkt die Reaktivität des Kernes, wenn es in ihn eingefahren wird. Dagegen ist
das Folgeglied aus einem Material mit sehr geringem Neutronenabsorptionsquerschnitt
hergestellt, und es hat die Aufgabe, das Volumen einzunehmen, welches das Steuerglied
einnahm, bevor es aus dem Kern ausgefahren wurde, so daß dieses Volumen nicht durch
die Kühlbremssubstanz erfüllt wird und dadurch keine falsche Verteilung des Moderators
im Kern auftritt, die sich in Reaktoren mit Kühlbremssubstanz in einer »Aufheizung
im Wasserspalt« äußert.
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Die beiden Abschnitte dieses zusammengesetzten Regelstabs bestehen
demgemäß aus verschiedenen Materialien, die erheblich verschiedene Ausdehnungskoeffizienten
haben. Da der Stab als Einheit hergestellt werden muß, die sich im Reaktor bewegt,
müssen seine beiden Teile miteinander so verbunden werden, :daß die Einheit währenddes
Betriebes vollständig bleibt und befriedigend arbeitet. Ein Versagen des Regelstabes
kann außerordentlich ernste, sogar katastrophale Folgen haben, wenn deswegen der
Reaktor stillgelegt und sein Kern zugänglich gemacht werden muß. Die Erfindung geht
aus von einem aus der britischen Patentschrift 940 522 bekannten Regelstab, der
aus einem längsgestreckten ebenflächig begrenzten Glied kreuzförmigen Querschnitts
und aus einem Material mit hohem Neutronenabsarptionsquerschnitt besteht, das mit
einem in seiner Verlängerung angeordneten und mit ihm fluchtenden Folgeglied mit
gleicher Querschnittsform und aus einem Material mit sehr niedrigem Neutronenabsorptionsquerschnitt
dadurch verbunden ist, daß die zu verbindenden Enden der beiden Glieder mit Vorsprüngen
versehen sind und die Vorsprünge des einen Gliedes mit Spiel unter Verwendung von
die Verbindung sichernden Elementen in entsprechenden Ausnehmungen des anderen Gliedes
eingesetzt sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß an jedem der beiden zu verbindenden
Enden eine Vielzahl von geradlinig nebeneinander angeordneten Vorsprüngen und entsprechenden
sie aufnehmenden Vertiefungen vorgesehen sind, deren Seitenflächen parallel zur
Längsachse der Glieder sind, und daß Bolzen in miteinander fluchtenden Öffnungen
in den Vorsprüngen zur Sicherung der Verbindung stecken.
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Gegenüber den bekannten Ausführungen ergibt sich nach der Erfindung
also der Vorteil einer sehr einfachen Kopplung von Regelstab und Folgeglied. Da
zu dieser Kopplung keine Drehbewegung notwendig ist, wird die Aufhängung- und Bewegungsvorrichtung
des Regelstabes sehr vereinfacht. Trotzdem ist die Verbindung zwischen Steuerglied
und Folgeglied sehr fest, und es werden thermische Spannungen vermieden, weil für
die unterschiedliche Ausdehnung genügend Raum bleibt.
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Zum besseren Verständnis wird die Erfindung jetzt an Hand der Zeichnungen
beschrieben. Es stellt dar F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Regelstabes
nach der Erfindung, F i g. 2 eine Teilansicht eines senkrecht zur Ebene eines Flügels
des Regelstabes geführten Schnittes und die Verbindung des Giftgliedes mit dem Folgeglied,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 2, F i g. 4 einen der F i
g. 3 ähnlichen Schnitt, der aber durch einen anderen Flügel der Regelstabanordnung
der F i g. 1 geführt ist.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem
Rezelstab 10 mit kreuzförmigern
Querschnitt, der ein Paar rechtwinklig
zueinander angeordneter Flügel 12 und 14 aufweist. Jeder dieser Flügel besteht aus
einem Steuer- oder Giftabschnitt 16 und einem Folgeglied 18, das an dem Steuerglied
16 befestigt ist und seine Verlängerung bildet.
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Der Giftabschnitt 16 besteht aus einer Vielzahl rohrförmiger Glieder
20 verhältnismäßig kleinen Durchmessers, die parallel und koplanar, wie in den F
i g. 2, 3 und 4 dargestellt, angeordnet sind. An ihren oberen Enden sind diese Rohre
mit der Kopfplatte 22 und an ihren unteren mit der Kopfplatte 24 versehen. Die Rohre
und Kopfplatten 22 und 24 sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt. In
den Rohren ist ein Material angeordnet, das ein sogenanntes Neutronengift, wie z.
B. Bor, Hafnium oder Cadmium enthält, also einen großen Neutronenabsorptionsquerschnitt
hat.
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Das Folgeglied ist aus einem Material mit niedrigem Neutronenabsorptionsquerschnitt,
z. B. Zirkonium, hergestellt und im wesentlichen genau so breit und dick wie die
Kopfplatte 24, mit der es durch eine sehr feste Verbindung verbunden ist.
Diese ermöglicht die unterschiedliche thermische Ausdehnung der Kopfplatte 24 und
des Folgegliedes 18 während des Betriebes. Da Kopfplatte und Folgeglied aus verschiedenem
Material hergestellt sind, haben sie verschiedene Ausdehnungskoeffizienten. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ausdehnungskoeffizient des rostfreien
Stahles wesentlich größer als der des Zirkoniums. Da die Temperatur der Steuerflügel
zwischen Zimmertemperatur und sehr hohen Temperaturen während des Betriebes des
Reaktors sich ändert, muß die auftretende thermische Ausdehnung so aufgenommen werden,
daß keine übermäßigen- Spannungen an der Verbindung zwischen Steuer- und Folgeglied
auftreten.
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Dies wird dadurch erreicht, daß am Rand oder unteren Ende der Kopfplatte
24 im Abstand voneinander über die ganze Breite eine Vielzahl abwärts gerichteter
Vorsprünge 26 angeordnet ist. Das obere Ende des Folgegliedes 18 ist mit ähnlichen
Vorsprüngen 28 versehen, die aufwärts gerichtet sind, so daß die Vorsprünge 26 und
28 ineinandergreifen. Die Breite der Vorsprünge 26 ist, wie in den F i g. 3 und
4. dargestellt, geringer als die des Einschnittes 30 zwischen den Vorsprüngen 28,
von denen sie aufgenommen werden. Der Abstand der Mittellinien benachbarter Vorsprünge
26 und der der Einschnitte 30, von denen sie aufgenommen werden, ist aber der gleiche:
Diese Differenz der Breite der Vorsprünge 26 und der Einschnitte 30 reicht aus,
um die unterschiedliche Ausdehnung der Breite des Folgegliedes 18 und der Kopfplatte
24 aufzunehmen, die während des Betriebes des Regelstabes auftritt. Das Folgeglied
18 und die Kopfplatte 24 sind durch einen Bolzen 27 verbunden, der durch fluchtende
Bohrungen in den Vorsprüngen 28 und 26 geführt ist. Der Bolzen erstreckt sich über
die gesamte Breite des Flügels 12 und ist an seinem einen Ende mit einem vergrößerten
Kopfstück und an seinem anderen Ende mit einem angeschweißten Ring 32 versehen.
Je ein solcher Bolzen wird an jedem Ende der Kopfplatte 24 eingeführt. Die inneren
Endren dieser zwei Bolzen halten Abstand voneinander und sind durch Heftschweißung
bei 38 befestigt, um sie in ihrer Lage zu halten.
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Zwischen den unteren Enden der Vorsprünge 26 und dem Boden des Einschnittes
30 ist ein Abstand 34 zur Aufnahme der thermischen Ausdehnung vorgesehen, die zwischen
der Kopfplatte 24 und dem Folgeglied 18 über die Länge 36, d. h. in senkrechter
Richtung, auftritt.
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Es wird also durch die Erfindung eine Regelstabanordnung des in Rede
stehenden Typs geschaffen, deren Folgeglied mit dem Steuerglied mit hoher Festigkeit
verbunden ist und welche die notwendige veränderliche Ausdehnung zwischen diesen
beiden miteinander verbundenen Teilen möglich macht, so daß hohe thermische Spannungen
vermieden werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster
Nr. 1878 879; britische Patentschrift Nr. 940 522.