DE1564226B2

DE1564226B2 - Kontroll- und regelelement fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE1564226B2
Application number: DE19661564226
Authority: DE
Inventors: Hubertus Dr 5170 Juhch Nickel
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1966-02-26
Filing date: 1966-02-26
Publication date: 1973-08-30
Also published as: GB1165968A; DE1564226A1; DE1564226C3; US3565762A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontroll- und Regelelement für Kernreaktoren, bestehend aus hochschmelzenden borhaltigen Partikeln, die von Graphit umgeben sind.

Durch den Einsatz von Kontroll- und Regelelementen im Reaktor sollen die Neutronen absorbiert werden, die über die zur Unterhaltung der Kettenreaktion erforderliche Anzahl hinaus entstehen. In diesen Kontroll- und Regelelementen werden Stoffe verwendet, die einen großen Wirkungsquerschnitt haben. Wegen ihrer für den Reaktorbetrieb günstigen Eigenschaften hat man als Absorbermaterial bereits hochschmelzende Boride verwendet (Proc. of the 3^rd Int. Conf. on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Vol. 9, 1965, New York, Seiten 419 bis 427).

Zum bekannten Stand der Technik gehört es ferner, Absorbermaterialien mit einer Schicht von pyrolytischem Kohlenstoff zu versehen (USA.-Patentschrift 3 179 723). Hiervon ausgehend hat man ferner vorgeschlagen, in Kugelhaufenreaktoren, die mit Brennelementen betrieben werden, bei denen der Brennstoff in Form von kleinen Partikeln mit einem Durchmesser von einigen 100 μηι in kugelförmigen Umhüllungen aus Graphit enthalten ist, als Kontroll- und Regelelemente mit Graphit beschichtete B₄C-Partikeln einzusetzen, die ebenfalls in kugelförmigen Umhüllungen aus Graphit enthalten waren. Trotz seiner thermischen Stabilität bei den für den Reaktorbetrieb in Frage kommenden Temperaturen und trotz seines hohen Schmelzpunktes hat sich jedoch gezeigt, daß B₄C — ebenso wie die im allgemeinen bisher benutzten sonstigen Borverbindungen — bei Anwesenheit von Kohlenstoff nicht stabil ist. Es zeigte sich, daß das Bor in den Graphit der Beschichtung oder auch der Konstruktionselemente diffundierte. Dabei ergab sich, daß die Diffusionsvorgänge sehr stark von der Temperatur abhängig sind. Dies wirkte sich besonders ■nachteilig im Kugelhaufenreaktor aus. Dabei war die Diffusion oberhalb einer Temperatur von 900° C so erheblich, daß, wenn die B₄C-Partikeln mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet waren, die Beschichtung zerstört wurde. Auch bei einer Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff und/oder SiC - wie sie für die Beschichtung von Brennstoffpartikeln (vgl. z. B.

britische Patentschrift 933 500) bekannt sind - war die Diffusion beachtlich. Infolge der Diffusion wurden selbst mehrfache Beschichtungen bereits nach kurzer Zeit zerstört.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontroll- und Regelelement für Kernreaktoren zu schaffen, bei dem das in den borhaltigen Partikeln enthaltene Bor an der Diffusion in dem die Partikeln umgebenden Graphit gehindert wird. . ..

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Kontroll- und Regelelement der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß jedes Partikel aus einem mit einer Schicht aus SiC und einer Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten Boridkern be-

¹S steht, wobei ein Borid der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Cer, Molybdän sowie der Lanthaniden oder eine Mischung dieser Boride vorliegt.

Ein großer Vorzug des Kontroll- und Regelelements gemäß der Erfindung besteht darin, daß es nicht nur in Gegenwart von Kohlenstoff thermisch stabil ist, sondern auch gegenüber Wasser und Wasserdampf. Die Verwendung des Kontroll- und Regelelements gemäß der Erfindung ist somit auch im Hinblick auf etwaige Reaktorunfälle vorteilhaft. Die Partikeln des Kontroll- und Regelelements gemäß der Erfindung sind in einfacher Weise, beispielsweise durch Schmelzen im Lichtbogen oder durch Sintern, herstellbar. Die Beschichtung kann dann beispielsweise im Wirbelbett aufgebracht werden.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Kontroll- und Regelelements wiedergegeben. Es zeigt

Fig. 1 ein beschichtetes Boridpartikel,

Fig. 2 ein kugelförmiges Absorberelement mit eingebetteten Boridpartikeln,

Fig. 3 ein kugelförmiges Absorberelement mit eingefüllten Boridpartikeln.

Eine für Kugelhaufenreaktoren zweckmäßige Ausführungsform des Kontroll- und Regelelements gemäß der Erfindung besteht in der Verwendung von beschichteten Boridpartikeln 1, die in einer Mischung von pulverförmigem Kohlenstoff und einem geeigneten Bindemittel 2 eingebettet sind, gepreßt und in bekannter Weise einer Wärmebehandlung unterzogen worden waren. Ein in dieser Weise hergestelltes Kontroll- und Regelelement ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei bestehen die Partikeln aus einem hochschmelzenden Boridkern 3, der mit einer Schicht von Siliciumcarbid 4 und einer weiteren Schicht von pyrolytischem Kohlenstoff'5 umhüllt ist. In Fig. 3 ist eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des Kontroll- und Regelelements gemäß der Erfindung dargestellt, die gleichfalls für die Verwendung in einem Kugelhaufenreaktor besonders geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Boridpartikeln 1 in einen von einem kugelförmigen Graphitkörper 6 und einer hohlkugelförmigen Graphitschale 7 gebildeten Spalt 8 eingefüllt, wobei nach dem Einfüllen der Spalt 8 mittels eines Schraubenverschlusses 9 verschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kontroll- und Regelelement für Kernreaktoren, bestehend aus hochschmelzenden borhaltigen Partikeln, die von Graphit umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Partikel (1) aus einem mit einer Schicht aus SiC (4) und einer Schicht von pyrolytischem Kohlenstoff (5) umhüllten Boridkern (3) besteht, wobei ein Borid der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Cer, Molybdän sowie der Lanthaniden oder eine Mischung dieser Boride vorliegt.