DE1564226C3 - Kontroll- und Regelelement für Kernreaktoren - Google Patents
Kontroll- und Regelelement für KernreaktorenInfo
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
- G21C7/24—Selection of substances for use as neutron-absorbing material
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- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
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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 3rJ 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 179723). 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-PartikeIn 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-PartikeIn 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
a5 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 (1)
- 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, Cct, Molybdän sowie der Lanthaniden oder eine Mischung dieser Boride vorliegt.
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