DE2147789A1 - DE-GASED BORCARBIDE ABSORBER ROD - Google Patents
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Description
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Bensberg, den 21.9.1971Bensberg, September 21, 1971
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IMERAiEOMIMERAiEOM
Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 BensbergInternationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg
Die vorliegende Erfindung betrifft Absorberstäbe für Kernreaktoren, insbesondere für schnelle Reaktoren, die mit Natrium gekühlt werden, bestehend aus einem mit Borkarbid B.C gefüllten Hüllrohr. Borkarbid hat sich u.a. als geeigneter Stoff erwiesen, um die bei Kernspaltungsprozessen im Reaktor freiwerdenden überschüssigen Neutronen einzufangen«, Beim Einfang eines Neutrons wird das B -Atom unter Ausstoßung einer Ot-Partikel (He-Kern) in ein solches von Li verwandelt, wobei das neugebildete Heliumgas teilweise aus dem Borkarbid entweicht· The present invention relates to absorber rods for nuclear reactors, in particular for fast reactors, which are cooled with sodium, consisting of a cladding tube filled with boron carbide B.C. Boron carbide has turned Among other things, it has been proven to be a suitable substance to remove the excess released during nuclear fission processes in the reactor Capturing neutrons «When a neutron is captured, the B atom is ejected from an Ot particle (He core) transformed into one of Li, with the newly formed helium gas partially escaping from the boron carbide
Bei den bislang gebauten thermischen Reaktoren sind vielfach Absorberstäbe eingesetzt worden, die aus mit Borkarbid gefüllten, gasdicht verschweißten Stahlröhren bestanden. Der Druckaufbau innerhalb dieser Hüllrohre durch das beim Neutroneneinfang freiwerdende Helium blieb vernachlässigbar klein, und war für die Standzeit der Ab-In the thermal reactors built so far, absorber rods made of boron carbide have often been used filled, gas-tight welded steel tubes passed. The pressure build-up inside these ducts the helium released during neutron capture remained negligibly small and was
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sorberstäbe ohne Belang. Bei schnellen Reaktoren hingegen wird durch die Umwandlung von Bor in Lithium soviel Helium freigesetzt, daß die Standzeit geschlossener Absorberstäbe in unzulässiger Weise verkürzt wird. Dieser Umstand läßt es zweckmäßig erscheinen, die Absorberstäbe zu entgasen, indem man das im Borkarbid gebildete Helium über das Kühlmittel in die meist ebenfalls aus einem Edelgas bestehende Schutzgasatmosphäre entweichen läßt. Dem steht entgegen, daß beim Zerfall des Bors freier Kohlenstoff gebildet wird, der durch das Kühlmittel, insbesondere durch flüssiges Natrium in andere Anlagenteile transportiert wird und dort zur Aufkohlung und damit zur Versprödung des verwendeten Strukturmaterials, beispielsweise der austenitischen Stähle führen kann.sorber bars irrelevant. With fast reactors, however so much helium is released by the conversion of boron into lithium that the service life of closed absorber rods is shortened in an impermissible manner. This fact makes it appear expedient to use the absorber rods to degas, by the helium formed in the boron carbide via the coolant into the mostly also a protective gas atmosphere consisting of a noble gas can escape. This contradicts the fact that with the disintegration of the Boron free carbon is formed by the coolant, in particular by liquid sodium in others System parts are transported and there for carburization and thus for embrittlement of the structural material used, for example of austenitic steels.
In "Nuclear Technology" vom Juni 1971, S. 191 bis 205 wird vorgeschlagen, das Absorberhüllrohr mit einem Stopfen aus Sintermetall zu verschließen, durch dessen Poren das Helium entweichen, infolge der Kapillarkräfte jedoch kein Natrium in den Absorberstab eindringen soll, da, wie auf S. 191 links unten betont wird, der Kontakt des Absorbermaterials mit dem Natrium unerwünscht ist. Die Poren des Sintermetalls dürften ,jedoch durch die unvermeidlichen Ablagerungen an Metalloxyden und Fremdstoffen in kurzer Zeit so verstopft werden, daß ein Entweichen des Heliums nicht mehr möglich und das Hüllrohr dem oben beschriebenen Druckaufbau ausgesetzt ist; auch ist der Kontakt zwischen Borkarbid und Natrium unbedenklich, wenn, wie im folgenden bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung näher ausgeführt, unerwünschte chemische Reaktionen zwischen ihnen verhindert werden.In "Nuclear Technology", June 1971, pp. 191-205 it is proposed to close the absorber cladding tube with a plug made of sintered metal, through which Pores for the helium to escape, but due to the capillary forces no sodium should penetrate into the absorber rod, because, as emphasized on the bottom left on p. 191, the contact of the absorber material with the sodium is undesirable. The pores of the sintered metal are likely, however, due to the inevitable Deposits of metal oxides and foreign substances are clogged in a short time so that they can escape the helium is no longer possible and the cladding tube is exposed to the pressure build-up described above; also is the contact between boron carbide and sodium is harmless if, as follows in the description of the present Invention explained in more detail, undesired chemical reactions between them are prevented.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein mit Borkarbid gefüllter Absorberstab für natriumgekühlte Kernreaktoren, aus dem das beim Neutroneneinfang gebildete Helium entweichen kann·The object of the present invention is an absorber rod filled with boron carbide for sodium-cooled nuclear reactors, from which the helium formed during neutron capture can escape
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Absorberhüllrohr mit nichtkapillaren Öffnungen versehen ist, durch die das entstehende Helium entweichen kann.To solve this problem, it is proposed that the absorber cladding tube be provided with non-capillary openings through which the resulting helium can escape.
Da das Hüllrohr gemäß der Erfindung keinem inneren Gasdruck zu widerstehen braucht, kann es bei gleicher Größe mit geringerer Wandstärke oder bei gleichbleibender Wandstärke erheblich größer ausgeführt werden. Dadurch wird in dem als Regelzelle zur Verfügung stehenden Raum, der mehrere der beschriebenen Absorberstäbe enthält, der Anteil des Hüllmaterials verringert, derjenige des Borkarbids dagegen erhöht, was eine vergrößerte Absorptionsrate zur Folge hat. Bei gleichbleibender Absorptionsrate kann der Gehalt des Borkarbids an dem allein für den Neutroneneinfang verantwortlichen B verringert und/oder die Standzeit des Absorberstabes erhöht werden, was große wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. Durch die Öffnungen kann nicht hur das Helium entweichen, sondern es tritt auch Kühlmittel in das Hüllrohr ein, und durchtränkt das poröse Borkarbid. Dabei ist es wesentlich, daß die Öffnungen so groß sind, daß sie nicht verstopfen können.Since the cladding tube according to the invention does not need to withstand any internal gas pressure, it can be of the same size with a smaller wall thickness or with the same wall thickness are made considerably larger. This will in the space available as a control cell, which contains several of the absorber rods described, the proportion of the shell material is reduced, while that of the boron carbide is increased, which results in an increased absorption rate. With a constant absorption rate the content of the boron carbide can be that alone for neutron capture responsible B reduced and / or the service life of the absorber rod increased, which is great brings economic benefits. It is not just the helium that can escape through the openings, but rather coolant also enters the cladding tube and soaks the porous boron carbide. It is essential that that the openings are so large that they cannot clog.
Um sowohl das Auswaschen von Borkarbidteilchen als auch den Transport des freiwerdenden Kohlenstoffes durch das Kühlmittel zu verhindern, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß das Hüllrohr teilweise, im Bereich der Öffnungen, mit einem Filtermaterial, beispielsweise mit Stahlwolle gefüllt ist. Diese Stahl-To both the washing out of boron carbide particles and To prevent the transport of the released carbon through the coolant is according to a further feature the invention proposed that the cladding tube partially, in the area of the openings, with a filter material, for example is filled with steel wool. This steel
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•wolle wirkt einerseits als me cha nis ch er Filter für das Borkarbid und andererseits als Kohlenstoff-Falle.• On the one hand, wool acts as a mechanical filter for the Boron carbide and on the other hand as a carbon trap.
Als weiteres Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im Hüllrohr ein Stoff vorhanden ist, der den durch den Zerfall des Bors freiwerdenden Kohlenstoff chemisch bindet. Hierdurch wird mit noch größerer Sicherheit erreicht, daß kein freier Kohlenstoff in das Kühlmittel gelangt.As a further feature of the invention it is proposed that a substance is present in the cladding tube, which through chemically binds the decay of the boron released carbon. This achieves with even greater certainty that no free carbon gets into the coolant.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird- vorgeschlagen, daß dieser Stoff Chrom ist.In a further embodiment of the invention, it is proposed that this substance be chromium.
Um ein Verspröden des Hüllrohres des Absorberstabes durch Aufkohlung zu vermeiden, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß das Hüllrohr an seiner Innenseite mit einer dünnen Schicht aus einem Metall versehen ist, das die Diffusion von Kohlenstoff ■in das Hüllrohrmaterial verhindert.In order to avoid embrittlement of the jacket tube of the absorber rod due to carburization, according to a further Feature of the invention proposed that the cladding tube on its inside with a thin layer of a Metal is provided, which prevents the diffusion of carbon ■ into the cladding tube material.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die dünne Schicht aus Kupfer besteht.In a further embodiment of the invention it is proposed that the thin layer consists of copper.
Als Vorteile des A"bsorberstabes gemäß der Erfindung ergeben sich eine erhöhte Standzeit desselben, eine höhere mögliche Wirksamkeit bzw. die Möglichkeit, ein BorkarbidAs advantages of the absorber rod according to the invention an increased service life of the same, a higher possible effectiveness or the possibility of a boron carbide
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mit einem geringeren Anreicherungsgrad an B zu verwenden, und die Möglichkeit, die geometrische Gestalt des Absorberstabes so zu wählen, daß sie beispielsweise mit Rücksicht auf die Strömungsverhältnisse günstig gestaltet werden kann«with a lower degree of enrichment in B, and the possibility of changing the geometric shape of the To choose absorber rod so that it is designed favorably, for example, with regard to the flow conditions can be"
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Die Zeichnung stellt einen Längsaxialschnitt durch einen Absorberstab gemäß der Erfindung dar und zwar zeigt sie ein äußeres Hüllrohr (1), das an seinem unteren Ende mit einem dichten Stopfen (2) verschlossen ist, und an seinem oberen Ende mit einem weiteren Stopfen (3), der mit mehreren Öffnungen (4) versehen ist. Im Beispiel wird durch ein inneres Hüllrohr (5) ein Zentralkanal (6) gebildet, der einer besseren Kühlung des Absorberstabes und/oder zur Durchführung einer Verbindungsstange dient. Der von dem äußeren Hüllrohr (1) und dem inneren Hüllrohr (5) gebildete Raum ist größtenteils mit Borkarbid (7) gefüllt, das infolge seiner Porosität mit dem durch die Öffnungen (4) eindringenden Kühlmittel getränkt ist. In seinem oberen Teil ist der Absorberstab mit einer Lage Stahlwolle (8) gefüllt, die das Ausspülen des Borkarbids (7) und das Entweichen des in diesem gebildeten freien Kohlenstoffes verhindert bzw. stark hemmt. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist durch die Pfeile angedeutet.The drawing represents a longitudinal axial section through an absorber rod according to the invention and shows it an outer jacket tube (1) which is closed at its lower end with a tight plug (2), and at its upper end with another stopper (3) which is provided with several openings (4). In the example, a inner cladding tube (5) formed a central channel (6), which a better cooling of the absorber rod and / or for Implementation of a connecting rod is used. The one formed by the outer cladding tube (1) and the inner cladding tube (5) The space is mostly filled with boron carbide (7), which due to its porosity with the through the openings (4) penetrating coolant is soaked. In its upper part is the absorber rod with a layer of steel wool (8) filled, which prevents the flushing out of the boron carbide (7) and the escape of the free carbon formed in this or strongly inhibits. The direction of flow of the coolant is indicated by the arrows.
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