DE1564226A1

DE1564226A1 - Absorberelement zur Steuerung und Regelung der Reaktivitaet von Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1564226A1
Application number: DE19661564226
Authority: DE
Inventors: Nickel Dr Hubertus
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1966-02-26
Filing date: 1966-02-26
Publication date: 1969-09-25
Also published as: GB1165968A; DE1564226B2; DE1564226C3; US3565762A

Description

Kernforschungsanlage Jülich Gobellschaft alt beschrankter Haftung

Amtl. Aktzi P 15 84 226.9

Absorberelement zur Steuerung und Regelung der Reaktivität von Kernreaktoren ________ ____— =

Die Erfindung betrifft ein Absorberelement zur Steuerung und Regelung der Reaktivität von Kernreaktoren, wobei als Absorbermatorial hochschmelzende Boride verwendet werden.

Durch den Einsatz von Absoiberolementen im Reaktor sollen die Neutronen absorbiert werden, die über die zur Unterhaltung der Kettenreaktion erforderliche Anzahl hinaus entstehen. Außerdem sollen zeitliche Schwankungen ,::v Reaktivität eines Reaktors auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden. Als Absorberraaterial werden daher Stoffe verwendet, uiö bei den infrage kommenden Neutronengeschwindigkeitoa einen großen Wirkungsquerschnitt für Neutronen haben. Wegen ihrer für den Reaktorbetrieb günstigen Eigenschaften hat man als Absorbermaterial bereits

y d hochschmelsende Boride verwendet. (Proc. of the 3 Int. Conf. on the Peaceful Uses of Atomic Energy, VoI. 9, 1965, New York, Seiten 419 bis 427) Es sind auch schon Lösungen von Bor oder iiorverbindungen in anderen Stoffen, beispielsweise in Stahl ia Form von Borstahl, verwendet worden. Man hat auch schon v'cujjGtichlagen, in Kugelhaufenreaktoren, die mit Brennelementen betrieben werden, bei denen der Brennstoff in Form von kleinen Partikeln mit öinom Durchmesser von einigen 100 /U In kugelförmigen Umhüllungen aus Graphit enthalten ist, als

PT 1.8t» - 2 -

/Kei

9 0 9 8 3 9/0813

Absorberelemente alt Graphit beschichtete B₄C-Partikel, die ebenfalls in kugelförmigen Umhüllungen aus Graphit enthalten sind, einzusetzen. Trotz seiner ther»odynamisehen Stabilität bei den für den Reaktorbetrieb infrage kostenden Testeraturen und trotz seines hohen Schmelzpunktes bat sich jedoch gezeigt, dad B₄C - ebenso wie die la allgemeinen bisher benutzten sonstigen Borverbindungen - bei Anwesenheit von Kohlenstoff nicht stabil let. Ea zeigte sich, daß das Bor in den Graphit der Beschichtung oder auch der Konstruktionselemente diffundierte. Dabei ergab eich, daß die Diffusionsvorgänge sehr stark von der Temperatur abhängig sind. Dies wirkte sich besonders nachteilig la Kugelhaufenreaktor aus. Dabei war die Diffusion oberhalb einer Temperatur von 900⁰C so erheblich, daα wenn die B^C-Partikel mit pyrolytischem Sohlenstoff beschichtet waren, die Beschichtung zerstört wurde. Auch bei einer Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff uuu/oüer SiC war die Diffusion beachtlich. Infolge der Diffusion wurden selbst mehrfache Besohlcntuugen boxoits nach kurasor Zeit zerstört.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Absorbereleaent zur Steuerung und Regelung der Reaktivität von Kernreaktoren unter Vervendung von hochechmelzenden Boriden zu schaffen, das auch bei hohen Temperaturen den thermischen und mechanischen Anforderungen im Reaktor entspricht.

Die Erfindung geht dabei von der Überraschenden Erkenntnis aus, daß mit pyrolytischem Kohlenstoff und/oder Karbiden, wie Siliciumcarbid beschichtete Teilchen aus ZrB₂, YB₂, HfB₂ und TaB„ bei den im Peaktor inffage kommenden Temperaturen Much aber lange Zeiträume sehr stabil gegenüber Graphit sind.

-S-

90983 9/0813 - —

BAD ORiGiNAL

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird daher dadurch gelöst, daß in de» Absorberelement zur Steuerung und Regelung der Reaktivität von Kernreaktoren eine Schüttung von Partikeln aus den hochschmelzenden Borlden ZrB

₂,

HfB₂ und/oder TaB₂ In der Grö&e von einigen 100 μ enthalten ist, wobei die Partikelkerne Bit pyrolytisch·» Kohlenetoff und/oder Karbiden wie Siliciumcarbid beschichtet sind.

Ein Vorzug dee Absorberelements gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine einwandfreie Stabilität auch gegenüber Wasser daapf gewährleistet ist. Vorteilhaft 1st ferner, daß durch die Beschichtung der Zerfall der Kerne während des Abbrandes verhindert wird. Dadurch wird vermieden, daß bei der Spaltung entstehendes Helium freigesetzt wird.

Ss ist daher auch ohne weiteres muglich,, Absorberelement· durch Einfüllen von mit Pyrokohienstoff und/oder Karbiden oder Oxiden beschichteten hoehschstelsendeis Dlborlden von Zirkonium, Vanadium, Hafnium uad Tantal iß Hülsen aus Stahl oder aus an sich bekannten Zirkonlegierungen zu bilden. Sine mechanische Beanspruchung, wie sie durch den Druck des anderenfalls im Innenraum der Hülse gebildeten Heliums verursacht würde, kann nicht erfolgen. Ein weiterer Vorzug, der sich insbesondere bei der Verwendung von Hafniumborid und TantalborId ergibt, besteht darin, daß im Strahlenfeld des Reaktors radioaktive Hafnium- bzw. Tantalnuklide gebildet werde^^J3tf.es

führt zu einer besseren Unterscheidungsmögllchkeit der/Brennelemente von den Absorberelementen.

Die Partikel sind in einfacher Weise, beispielsweise durch Schmelzen im Lichtbogen oder durch Sintern, herstellbar und werden in an sich bekannter Weise beschichtet. Die Beschich-

9 0 9 8 3 9/0813

156422a

tuag wird la ft» «ich bekaoater Wels· la Wirbelbett aufgebracht .

Um für den Kugelhaufenreaktor sehr aveckaftllge Ausbildungsform des Arbsorbeseleaents geml* der trflaauag aaataat dar la, «teft «ti· Partikel la ab «ich bekannter W«la· la einer UakUll*Bg au» Ctraphlt oder au« »la·· sobstIgen aa aleh bakaaataa, am Anfor<torunf«a ia lsaktorbatriab aatspraehaadea Werkstoff «at> baltm a lad.

Ia «tor Zelchnuac aiad aval Auaftthruagabaiaplal* dkM Abeoraerel«a«nta aur St*u«runc und R*g«luac der Reaktivität von Itrav reaktorea unter Verweadung voa Borldpartikela darge«teilt. Ia aelgea:

Fig. 1 «la becclilohtetea Boridpartikel,

Fig. 2 «la kugelföralgee Aaeorbereleeieat alt eingebetteten Borldpartlkeln,

Flg. 3 eia kugelforalges Abeorberelement ait eingefüllten Borldpartlkeln.

Bine für Kugelhaufenreaktoren aweckaKaige Aueftthrungafora dee Abeorbereleaeate gealft dar Brfindung besteht darla, da· beschichtete Borldpartikel 1 la einer Mlachung tob pulverföraigea Kohlenstoff and eineei geeigneten Biademlttel 2 eingebettet, geprett und la an sieh bekannter Weise eiaer Wärmebehandlung unterzogen werdea. lin in dieser Weise hergestelltes Abeorbereleaeat ist la Flg. 2 dargestellt. Dabei bestehen die Partikel aus einea hochschaelaenden Boridkern 3, der alt eiaer St hlcht von pyrolytlschea Kohlenstoff 4 und einer Schicht aus elnea geeigneten Karbid, wie Siliciumcarbid S, uahüllt lat. Statt dassea kann auch eine awelte Beschichtung aus pyrolytischea Kohlenstoff yorgeaehen sein. Selbstrerstäadllch lat ea

-β¹ BAD OFBGiNAL 909839/081 3

auch sögllch, dl· Boridkerne 3 1« Bedarfsfall «it Mehreren Schienten rau eich bekannten, geeigneten Karbiden, Oxiden und/oder pyrolytisch» Kohlenstoff su umhüllen. In Flg. 3 ist eine «eitere sveckmaftege Ausfuhrungsform des erfindungsgeaäOen Absorberelemente dargestellt, die gleichfalls insbesondere für die Verwendung in eine« Kugelhaufenreaktor geeignet ist. Bei dieser Ausftthrungefora sind die Boridpartikel 1 in an sich bekannter Weise in einen von eine« kugelförmigen Graphitkörper β und einer hohlkugelförmigen Graphitschale 7 gebildeten Spalt 3 eingefüllt, wobei nach de» Einfüllen der Spalt 8 mittels eines Schraubenverschlusees 9 verschlossen wird. Die Schüttungen der beschichteten Partikel der hoch· schmelzenden Boride können beispielsweise bei der Verwendung in Wasserreaktoren in Rohre aus Stahl oder aus einer geeigneten Zirkonleglerung, die unter der Beseichnung Zirkaloy bekannt ist, enthalten sein.

BAD ORIGINAL 909839/081 3

Claims

Patentanspruch·

1. Absorberclement sur Steuerung und Regelung der Reaktivität von Kornreaktoren aus hochschaelsendea Boriden wie ZrB₂, VBg, BfB₂* und/oder TaB₃, g e k e η η seichnet durch eine Schüttung von Partikeln la der Größe von einigen 100 ,u, wobei die Partikelkerne aus alt pyroiytische» Kohlenstoff und/oder Karbiden, wie Siliciumcarbid, beschichteten Kernen aus eiaea oder Mehreren Boriden gebildet sind.

2. Absorberelement nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die Partikel in an sich bekannter Weise in einer Umhüllung aus Graphit oder aus eines sonstigen an sich bekannten, den Anforderungen im Reaktorbetrieb entsprechendea Werkstoff enthalten sind.

909839/081 3

Leerserte