DE2401342B2 - Neutronenabsorbierende legierung - Google Patents

Description

2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

Indium ¹⁰%»

Samarium 8 %»

Hafnium 13,5 %,

Nickel 68,5 %.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neutronenabsorbierende Legierung, die in automat!- >₅ der^ sehen Regelungs- und Notschutzsystemen von Kern-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine neutronen-SsorSrende Legierung anzugeben, die eine hohe KWrrKionsbestandigkeit, ienen hohen Neutronen- £™^SSütt und einen hohen EinfangJ_fl ^U^_ermische und mittelschnelle Neutro-

^ besitzt

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe ,_{öst wird}^ _{ist eine neu}tronenabsorbierende Legierung, *_{fc Indium cnthält)} gekennzeichnet durch die folgende _Gewj_chtszusammensetzung: 1 bis 20% Indium, 0,5 bis 15% Samarium, 5 bis 18% Hafnium, 47 bis 93,5%

_Die neutronenabsorbierende Legierung besitzt vor_ις zuesweise die folgende Zusammensetzung: 10% In_diu_m 8 % Samarium, 13,5 % Hafnium, 68,5 % Nickel. _Au'_{f Grund der exp}erimenteHen Untersuchung des Neutronen-Einfangquerschnitts von Ni-In-, Ni-Sm- und Ni-Hf-Systemen wurde festgestellt, daß der Einfangquerschnitt bei diesen Systemen gemäß dem Sattigungsgesetz, das die Abhängigkeit der »Absorptionsfähigkeit« des Materials von der Konzentration des absorbierenden Materials im Grundmaterial (»Matrix«) beschreibt zunimmt wobei der E^«^^^; S d Ind

dem von

der^m Ny
50 Gewichtsprozent

Komponenten besteht: 80 Gewichtsprozent Silber, 15 Gewichtsprozent Indium, 5 Gewichtsprozent Kadmium. Der genannte Werkstoff besitzt fo.gende Eigen ^scnarten·

Dichte 10,17 g/cm

Schmelztemperatur 8OO±1U C

Einfangquerschnitt für thermische und mittelschnelle Neutronen (Einfangquerschnitt von Borkarbid mit 1,8 g/cm³ Dichte als Eich-

normal = 1) 0,7

Resteinfangquerschnitt am Ende

der Reaktorbetriebszeit 0,3

Korrosionsbeständigkeit in Druckwasser hoher Temperatur

(300⁰C) 0,83 mg/dm² · Tag

(»Absorbierende Werkstoffe zur Regelung von Kernreaktoren«, Atomisdat, 1965, S. 200, in russisch).

Der bekannte neutronenabsorbierende Werkstoff weist eine Reihe von Nachteilen auf.

Die Rohstoffvorkommen für den Werkstoff sind zu gering, da Silber die Basis desselben bildet, und der Werkstoff besitzt einen geringen Einfangquerschnitt für thermische und mittelschnelle Neutronen sowie einen geringen Resteinfangquerschnitt, da im Laufe der Bestrahlung die Legierungsbasis, d. h. Silber in Kadmium und Indium in Zinn umgewandelt werden, wobei Kadmium ein Isotop Kadmium 114 mit einem kleinen Neutronen-Einfangquerschnitt liefert, wodurch die Wirksamkeit im Laufe des Betriebs kontinuierlich herabeesetzt wird

Neben den genannten Nachteilen weist der bekannte Werkstoff eine ungenügende Korrosionsbeständigkeit in Druckwasser hoher Temperatur auf.

rung von 5 bis
Zusammensetzung der

S₅ eine

reichende Niveau der Neutronen-Absorption im Laufe

_{rfes n Rea}ktorbetriebszyklus aufrechtzuerhalten.

_{Man erscnm}j]_zt die erfindungsgemäße neutronen-

_absorbj_erende Legierung in Vakuumöfen unter Inertgasatmosphäre bei einem Druck von 280 bis 300 Torr. _{Dje Tecnno}i_ogi_e der Herstellung der erfindungsge_{mäßen Leg}j_erung umfaßt folgende Arbeitsgänge: BeSchickung des Einsatzgutes, und zwar die Beschickung

_{yon Nicke}i j_{n e}j_nen Tiegel, von Indium, Samarium und Hafnium in ein Dosiergerät; Evakuieren des Systems _{und Fü}n_ung desselben mit einem Inertgas (Druck von 280 bis 300 Torr)⁴ Erhitzung von Nickel auf 900 bis ₁₀₀₀°c· aufeinanderfolgende Einführung von Indium,

_Samarj_u'_m Hafnium; Vergießen der hergestellten Legie_{r jn} ^„„,ji^ Metall- oder andere Formen bei _{1500 bjs} 1510⁰C. Nach ihrer Korrosionsbeständigkeit übersteigt die erfindungsgernäße .Legierung die bekannte Legierung auf S.lberbast ι um da 3 b s

3,5fache. Bei der Korrosionsprüfung dei erfmdungs^ gemäßen Legierung in Wasser bei1 350 C *™*f «") während 3000 h betrug ^d'^e _u ^Gew'^c!^^SZ _r ^U.~ dm*· Tag, während der bekannte Weri^-' basis schon be. 300⁰C (die ^Gewlc _r ^hSⁿ^_r ^m

*° 0,83 mg/dm* · Tag stark angegnften> wird

350°C überhaupt nicht korrosionsbestandet Die erfindungsgemäße Legierung bes.tz einen ~ ^tin fangquerschnitt fur thermische und m.ttelscnnelle Neutronen. . .

^{6s Die} erfindungsgemaße Legierung weist aucn einen hohen Neutronen-Resteinfangquerschnitt («netι um das 2fache größeren gegenüber dem der bekannten Legierung) auf.

Die Gießeigenschaften der Legierung machen es möglich, verschieden große Stäbe für die automatische Regelung und den Notschutz von Kernreaktoren bei minimalen Bearbeitungszugaben zu fertigen, während ihre Zugfestigkeit und Zähigkeit eine hohe Betriebssicherheit von Regelungssystemen in thermischen Leistungsreaktoren gewährleisten. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden folgende Beispiele für die neutronenabsorbierende Legierung angeführt.

Beispiel 1

Neutronenabsorbierende Legierung folgender Zusammensetzung: 10 Gewichtsprozent Indium, 8 Gewichtsprozent Samarium, 13,5 Gewichtsprozent Hafnium, 68,5 Gewichtsprozent Nickel.
Man stellt die genannte Legierung, wie folgt her:
Man beschickt das Einsatzgut, und zwar Nickel, in den Tiegel, Indium, Samarium und Hafnium ins Dosiergerät. Das System wird evakuiert und mit einem Inertgas (Druck von 280 bis 300 Torr) gefüllt. Man erhitzt Nickel auf 900 bis 1000⁰C und gibt die Hälfte der erforderlichen Indiummenge zu, hält bis zum vollen Erschmelzen (5 bis 8 min) und führt Nickel-Samarium sowie die restliche Menge von Indium ein (Indium und Nickel bilden ein Eutektikum mit 914°C Schmelztemperatur). Dann hält man bis zum vollen Erschmelzen 10 min, erhitzt auf 1400 bis 1450⁰C und führt Hafnium ein. Es wird auf 1500 bis 1510⁰C erhitzt iind 5 bis 7 min gehalten. Dann wird die hergestellte Legierung in Formen vergossen.

In der Tabelle sind die Hauptkennwerte der erhaltenen Legierung angegeben.

Beispiel 2

xo Neutronenabsorbicrende Leigerung folgender Zusammensetzung: 1 Gewichtsprozent Indium, 0,5 Gewichtsprozent Samarium, 5 Gewichtsprozent Hafnium, 93,5 Gewichtsprozent Nickel.
Die genannte Legierung wird ähnlich der im Beispiel i beschriebenen hergestellt. Die Kennwerte der erhaltenen Legierung sind in der Tabelle angegeben.

Beispiel 3

Neutronenabsorbierende Legierung folgender Zuao sammensetzung: 20 Gewichtsprozent Indium, 15 Gewichtsprozent Samarium, 18 Gewichtsprozent Hafnium, 47 Gewichtsprozent Nickel.

Die genannte Legierung wird ähnlich der im Beispiel 1 beschriebenen hergestellt. Die Kennwerte der erhaltenen Legierung sind in der Tabelle angegeben.

Kennwerte	Bekannte	Erfindungsgemäße	0,82 bis 0,83	Beispiel	0,4	3	0,82 bis 0,83
	Legierung auf	Legierung nach		2
	Silberbasis	1
1. Neutronen-Einfangquerschnitt			0,6	0,2	0,6
(Borkarbideichnormal = 1)	0,7	9,1 bis 9,5	9,0	9,7
2. Neutronen-Resteinfangquerschnitt am Ende
der Reaktorbetriebszyklen
(Borkarbideichnormal = 1)	0,3	0,21	0,2	0,7
3. Dichte, g/cm3	10,17	0,59	0,47	0,98
4. Korrosionsbeständigkeit in Druckwasser		23 bis 32	30 bis 34	!8 bis 27
(168 atm; 3000 h) Gewichtszunahme in
mg/dm2-Tag bei 3000C	0,83
bei 35O°C	nicht beständig
5. Zugfestigkeit (20° C), kp/mm2	—

Claims (1)

Patentanspruche:

1. Neutronenabsorbierende Leerung gekennzeichnet durch folgende Zusamraensetzung:

Indium 1 bis 20%,

Samarium 0,5 bis 15 %,

Hafnium 5 bis 18 %,

Nickel 47 bis 93,5%.