DE1243288B

DE1243288B - Absorberstab fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1243288B
Application number: DEC34468A
Authority: DE
Inventors: Richard Harris Gale; Charles Edward Burdg
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1963-12-30
Filing date: 1964-11-25
Publication date: 1967-06-29
Also published as: GB1036660A; US3234104A

Description

DEUTSCHES 4mW$^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 g - 21/31

Nummer: 1 243 288

Aktenzeichen: C 34468 VIII c/21 g

Anmeldetag: 25. November 1964

Auslegetag: 29. Juni 1967

Die Erfindung betrifft einen Absorberstab für Kernreaktoren, z. B. zur Steuerung von deren Ausgangsleistung und/oder zu deren Abschaltung, der aus einer metallischen Hülle, deren gegenüberliegende Wände sich gegeneinander durch an ihnen ausgebildete Abstandhalter abstützen, besteht sowie aus einer körnigen, Neutronen absorbierenden Substanz innerhalb der Hülle, wie er aus der USA-Patentschrift 2 781 308 bekannt ist.

Bei dem bekannten Regelstab werden zwei konzentrische Metallrohre verwendet, von denen das eine mit als Abstandhalter wirkenden radialen Vorsprüngen versehen ist. Die Herstellung solcher Rohre ist nicht gerade einfach, da sie genau maßhaltig sein müssen, wenn die Absorberstäbe ihre Funktion befriedigend erfüllen sollen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Absorberstabausführung zu verbessern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Abstandhalter punktförmige Einkerbungen der Hüllenwände sind.

Es ergibt sich der besondere Vorteil der einfachen Herstellung des Absorberstabs aus Metallblechteilen, die in geeigneter Weise miteinander verschweißt sind. Durch die vorgefertigten Einkerbungen kann dieser Regelstab auch genau maßhaltig hergestellt werden. Seine Herstellung ist, verglichen mit den bekannten Ausführungen, billig, so daß er besonders attraktiv zur Verwendung in SpaltstofIeinheiten ist, die für einen späteren Gebrauch gelagert sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann sich die Konzentration der Neutronen absorbierenden Substanz längs des Absorberstabes ändern. Solche konstruktive Maßnahmen sind aus den deutschen Auslegeschriften 1 049 986 und 1 055 709 bekannt.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung jetzt an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es stellt dar

Absorberstab für Kernreaktoren

Anmelder:

Combustion Engineering, Inc.,
Windsor, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Η. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Richard Harris Gale, West Hartford, Conn.;
Charles Edward Burdg₅Suffield, Conn. (V.St.A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1963
(334 166)

freiem Stahl ausgebildet, in dem das Material locker angeordnet ist, welches den Neutronen absorbierenden Stoff enthält. Die Platten aus rostfreiem Stahl, die aus 0,5 mm starkem Blech bestehen können, sind in den F i g. 2 und 3 mit 20 und 22 bezeichnet. Diese Platten jedes Regelstabes oder wenigstens eine davon sind mit Einkerbungen 24 versehen, die gegen die andere Platte gerichtet sind. Die Einkerbungen haben alle die gleiche Form und sind gleichmäßig-35 über die Fläche des Flügels des Regelstabes verteilt. Die tiefste Stelle jeder Vertiefung ist in Kontakt mit der anderen Platte und mit ihr punktverschweißt. Dadurch wird eine stabile Konstruktion erzielt. Die Ränder der Platte sind, wie am besten in F i g. 3 F i g. 1 perspektivisch den Regelstab, von dem der 40 dargestellt ist, um 90° abgebogen, so daß sie an der Abschlußdeckel abgezogen ist, Linie 26 aneinander anstoßen. Sie sind dort flüssig

keitsdicht verschweißt. Die benachbarten Seiten benachbarter Flügel werden von einem einzigen Metallblech gebildet. Es sind also vier Metallbleche vorgesehen, die L-förmig oder rechteckig gebogen und bei 26 miteinander verschweißt sind und so die vier

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig.l,

F i g. 3 eine Vergrößerung einer Einzelheit der Fig. 2.

Das Ausführungsbeispiel besteht aus einem Regelstab kreuzförmigen Querschnittes, so daß sich von seiner zentralen Achse 18 vier Hohlflügel 10,12,14 und 16 radial nach außen erstrecken. (Falls gewünscht, können andere Querschnitte, wie z. B. Y-förmige oder rechteckige verwendet werden.) Jeder der Flügel des Regelstabes ist als Gehäuse aus rost-Flügel des Regelstabes bilden. Deshalb, weil sich die Flügel von der Achse 18 radial nach außen erstrekken und wegen der Vertiefungen der Punktschweißung ergibt sich eine starke und stabile Anordnung, die sehr genau dimensioniert werden kann, so daß der Abstand der beiden Metallbleche, welche das

709 608/333

Claims

Gehäuse eines Flügels bilden, genau eingehalten werden kann. Das untere Ende der Flügel des Regelstabes wird durch ein Glied 28 aus rostfreiem Stahl abgedichtet. Dieses streifenförmige Glied 28 wird zwischen die Platten 20 und 22 eingefügt und mit ihnen verschweißt. Der Raum zwischen den Platten wird mit einem körnigen Material ausgefüllt, das eine Neutronen absorbierende Substanz enthält. In dem Regelstab ist dieses Material vorzugsweise Borkarbid. Dieses pulverförmige Material wird in den Raum zwischen den Metallblechen 20 und 22 eingeführt und durch Vibration verdichtet, und zwar bis zu einer Dichte, die größer als 75 °/o der theoretisch möglichen ist. Damit diese gewünschte Dichte erreicht wird, sollte die Körnchengröße ein Drittel bis ein Viertel der kleinsten Abmessung des Inneren des Gehäuses betragen, in dem dieses Material durch Vibration verdichtet werden soll. Befriedigende Ergebnisse können dadurch erreicht werden, daß dieses Material in drei Gruppen unterteilt wird. Die Körnchengröße der ersten Gruppe reicht von der zuvor erwähnten maximalen Körnchengröße bis zu Submikrongrößen. Die größte Körnchengröße der zweiten Gruppe liegt in dem Bereich von ein Sechstel bis ein Zehntel der größten der ersten Gruppe. Sie erreicht ebenfalls Submikrongrößen. Die Körnchengröße der dritten Gruppe reicht von ein Sechstel bis ein Zehntel der größten der zweiten Gruppe bis zur Submikrongröße. Die Anteile der verschiedenen Gruppen können variieren. Befriedigende Ergebnisse wurden mit einer Mischung aus 65 Gewichtsprozent der ersten Gruppe, 15 Gewichtsprozent der zweiten Gruppe und 20 Gewichtsprozent der dritten Gruppe erzielt. Das Material wird in das Gehäuse jedes Flügels eingebracht und durch Vibration bis zu der gewünschten Dichte verdichtet. Danach wird der Abschlußdeckel 30 angebracht. Ein Teil dieses Abschlußdeckels wird zwischen die Platten 20 und 22 jedes Flügels eingefügt und mit ihnen verschweißt. Die ganze Anordnung ist natürlich flüssigkeitsdicht, und der Abschlußdeckel 30 ist mit einer Verlängerung oder einem Verbindungsstück 32 versehen. Das Verbindungsstück 32 verbindet den Regelstab mit seinem Betätigungsglied, so daß er in Richtung der Achse 18 bewegt werden kann. Das Neutronen - Absorptions - Vermögen dieses Regelstabes kann längs seiner Länge variiert werden. Wenn z. B. gewünscht wird, den Regelstab zur Regelung und Abschaltung zu verwenden, ist es vorteilhaft, den unteren Teil des Stabes, der einstellbar in den Reaktorkern zur Leistungsregelung während des Betriebes des Reaktors eingeführt werden kann, mit einem mittleren Neutronen-Absorptions-Vermögen zu versehen, d. h. ihn als sogenannten »grauen Stab« auszubilden. Der obere Teil des Regelstabes, der zur Abschaltung des Reaktors in den Kern eingeführt wird, sollte ein sogenannter »schwarzer Stab« sein, d. h. für Neutronen undurchdringlich sein. Da das Bor-IO-Isotop den hohen Neutronen-Absorptions-Querschnitt hat, sollte der Anteil dieses Isotops im Füllmaterial des Regelstabes so variiert werden, daß im oberen Teil des Regelstabes eine wesentlich höhere Konzentration dieses Bor-IO-Isotops als im restlichen Teil vorliegt, so daß die zuvor erwähnten Ergebnisse erzielt werden. Es kann auch wünschenswert sein, den unteren Teil des Regelstabes mit dem größten Neutronen-Absorptions-Vermögen zu ver- sehen und das Neutronen-Absorptions-Vermögen mit wachsender Höhe des Stabes abfallen zu lassen. Dies ist für einen solchen Regelstab geeignet, der zum Abschalten des Reaktors verwendet wird und normalerweise aus dem Reaktor herausgezogen ist. In einem solchen Beispiel ist der untere Teil des Regelstabes während des Betriebes des Reaktors näher am Kern und demgemäß in einer Zone größerer Reaktivität als der obere Teil. Da Bor ein ausbrennbares Gift ist und deshalb mit der Zeit weniger wirksam wird, wenn es der Strahlung ausgesetzt ist, wäre es, wie zuvor erwähnt, wünschenswert, daß der untere Teil des Regelstabes ein größeres Neutronen-Absorptions-Vermögen als der obere hat. Natürlich kann dies leicht dadurch erreicht werden, daß im unteren Teil ein Material verwendet wird, welches mehr als das im oberen Teil mit dem Bor-IO-Isotop angereichert ist. Diese Variation des Gehaltes an Bor-IO-Isotop wird durchgeführt, während das Material zwischen die Platten eingebracht wird, welche die Flügel des Regelstabes bilden. Danach wird das Material bis zur gewünschten Dichte durch Vibration verdichtet. Die Erfindung gibt daher offensichtlich einen verbesserten Kegelstab an, der leicht und billig hergestellt werden kann. Patentansprüche:

1. Absorberstab für Kernreaktoren, bestehend aus einer metallischen Hülle, deren gegenüberliegende Wände sich gegeneinander durch an ihnen ausgebildete Abstandhalter abstützen, und einer körnigen, Neutronen absorbierenden Substanz innerhalb der Hülle, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter punktförmige Einkerbungen (24) der Hüllenwände (20, 22) sind.

2. Absorberstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Hülle aus ebenflächigen Metallblechteilen besteht, die so verbunden sind, daß sie einen an sich bekannten kreuzförmigen Querschnitt bilden.

3. Absorberstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus vier rechtwinklig gebogenen Blechen besteht, deren Längskanten miteinander verschweißt sind.

4. Absorberstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konzentration der Neutronen absorbierenden Substanz in an sich bekannter Weise längs des Absorberstabs ändert.

5. Absorberstab nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material in der metallischen Hülle bis zu einer Dichte von wenigstens 75% der theoretisch möglichen verdichtet ist.

6. Absorberstab nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material B₄C enthält, dessen Bor-IO-Isotop an einem Ende des Stabes stärker konzentriert ist als in dem restlichen Teil.

7. Absorberstab nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material B₄C enthält und daß die Konzentration seines Bor-IO-Isotops fortschreitend von einem Ende des Stabes zum anderen Ende hin steigt.