DE2633311A1

DE2633311A1 - Steuerstab fuer einen kernreaktor, verfahren zum betrieb eines solchen kernreaktors und kernreaktor, der mit solchen steuerstaeben versehen ist

Info

Publication number: DE2633311A1
Application number: DE19762633311
Authority: DE
Inventors: Frank Bevilacqua; Joseph Roger Humphries
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1975-08-14
Filing date: 1976-07-23
Publication date: 1977-03-10
Also published as: IT1067281B; FR2321174A1; JPS5626835B2; ES449946A1; DE2633311B2; SE428736B; FR2321174B1; SE7609099L; BR7605331A; DE2633311C3; JPS5222694A

Description

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Firma Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn. o6o95/USA

betreffend:

"Steuerstab für einen Kernreaktor, Verfahren zum Betrieb eines solchen Kernreaktors und Kernreaktor, der mit solchen Steuerstäben versehen ist¹.¹

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerstäbe für die
Steuerung von Kernreaktoren und insbesondere auf einen sogenannten Teillängen-Steuerstab, der bestimmt und geeignet ist für die Steuerung von Leistungs-Oszillationen. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kernreaktors und auf einen Reaktor, der mit solchen
Steuerstäben ausgestattet ist.

In der Technik der Leistungserzeugung mit Kernreaktoren ist es bekannt, daß größere Kernreaktoren unstabile oszillierende Verzerrungen des Neutronenflußes in Axialrichtung aufweisen. Diese Leistungs-Oszillationen treten als Ergebnis örtlicher
Vergrößerungen des Neutronenflußes auf, die zu dem "Ausbrennen" von Xenon 135 führen (erzeugt durch radioaktiven Zerfall von Jod 135), womit die Reaktivität erhöht wird, was zu einer weiteren FlußVerzerrung führt usw.. Im Laufe der Zeit beginnt die Konzentration an Xenon 135 sich aufzubauen wegen des höheren Flußpegels und der gesamte Prozeß kehrt sich um.

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Es wurden verschiedentlich Vorschläge gemacht, um besonders konstuierte Steuerstäbe zu schaffen zwecks Steuerung solcher durch Xenon hervorgerufener Leistungs-Oszillationen. In diesem Zusammenhang ist auf die US-PS 3 08I 248 zu verweisen.

Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Lösung für das Steuerproblem umfaßte die Schaffung eines Steuerstabes oder einer Steuereinrichtung, bestehend aus einem Paar von neutronenabsorbierenden Elementen, die in unterschiedliche Abschnitte des Reaktorkernes einführbar waren und miteinander gekoppelt oder verbunden waren derart, daß die Bewegung eines Elementes in den Reaktorkern bzw. aus den Reaktorkern begleitet wurde von einer entsprechenden Bewegung des anderen Elementes aus dem Reaktorkern heraus oder in diesen hinein, wobei die Anordnung so getroffen war, daß durch die differentielle Bewegung der beiden Elemente die Flüsse in den beiden Abschnitten des Reaktorkernes relativ nachgeregelt wurden, ohne jedoch wesentlich den Gesamtfluß zu beeinflussen. Diese Lösung bringt jedoch Schwierigkeiten mit sich, die sie im allgemeinen für die industrielle Auswertung unbrauchbar erscheinen ließen. Eine der Schwierigkeiten bestand darin, daß der spezielle Steuerstab eine die Länge des aktiven Teils des Reaktors übersteigende Größe aufwies, was notwendigerweise mit sich brachte, daß auch der Druckbehälter, der den Reaktorkern umgibt, vergrößert werden mußte. Unnötige Vergrößerungen der Druckbehälterabmessungen sind jedoch extrem teuer und werden deshalb, wenn überhaupt möglich, vermieden. Eine zweite Schwierigkeit bestand darin, daß jeder dieser speziellen Steuerstäbe von einem speziellen Steuerstabantrieb bewegt werden mußte und ein Einwerfen der Steuerelemente nicht möglich war, wenn eine Schnellabschaltung des Reaktors erforderlich wurde.

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Eine zweite in der US-PS 3 825 160 beschriebene Lösung besteht in der Verwendung eines Teillängen-Steuerstabes. Hier und im folgenden bezieht sich der Ausdruck "Teillängen" auf den aktiven, also neutronenabsorbierenden Abschnitt des Steuerstabes, verglichen mit "gewöhnlichen" Steuerstäben, die für die Gesamtleistungssteuerung vorgesehen werden. Solche Teillängen-Steuerstäbe werden unabhängig von den Haupt-Steuerstäben gesteuert und weisen im allgemeinen das Neutronengibft in dem unteren Abschnitt des Stabes auf, während der obere Abschnitt des Stabes im wesentlichen nicht-neutronenabsorbierend ist. Während des Betriebes befindet sich der Neutronengiftabschnitt normalerweise im mittleren Bereich des Kerns. Wenn man diese Steuerstäbe einwirft, weil eine Schnellabschaltung des Reaktors erforderlich ist, fallen die Steuerstäbe bis auf den Boden des Reaktors und das Gift könnte von einer Position höherer Steuerwirkung zu einer Position niedrigerer Steuerwirkung gelangen. Dies hätte die Tendenz, die Reaktivität des Reaktors gerade dann zu vergrößern, wenn alle Anstrenungen unternommen werden müssen, die Reaktivität herabzusetzen. Deshalb führt die Verwendung von bekannten Linear-Antriebsvorrichtungen für Teillängen-Steuerstäbe bei kommerziell genutzten Kernreaktor-Kraftwerken nicht zu einem den Sicherheitsanforderungen genügenden System. Gleichzeitiges Einwerfen von mehreren Teillängen-Steuerstäben könnte zu einer unerwünschten Zunahme der Reaktivität führen, wenn nicht alle Leistungssteuerstäbe gleichzeitig eingeführt werden. Demgemäß erfordert die Ver-* Wendung solcher bekannter Teillängen-Steuerstäbe die Verwendung einer unterschiedlichen Bauart für die lineare Antriebsvorrichtung, weil bei jener das Einwerfen der Teillängen-Steuerstäbe nicht möglich sein darf.

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Wie man aus den obigen Erläuterungen entnimmt, erforderten die bekannten Lösungen für die Steuerung der Leistungs-Oszillationen zwei unterschiedliche Steuerstabantriebsvorrichtungen, nämlich einen Antriebsmechanismus mit Schnellabschalteigenschaft und einen ohne diese. Zusätzlich zu den erhöhten Kosten, die zwei unterschiedliche Bauarten von Antriebsvorrichtungen mit sich bringen, hatten die bekannten Lösungen die Wirkung, daß die Steuerflexibilität des Reaktors verringert wurde. Dies ergibt sich, da die Positionen der Teillängen-Stäbe und ihrer Antriebsvorrichtungen festgelegt sind, wenn einmal die Antriebsmechanismen durch Verschweißen mit dem Reaktordruckbehälter installiert worden sind. Demgemäß hatten die Reaktorkonstrukteure nicht die Möglichkeit, die Teillängen-Steuerstäbe von diesen zunächst festgelegten Positionen zu entfernen und an anderen Stellen einzusetzen, ohne teures und kompliziertes Zerlegen und Wiederaufbauen der Antriebsvorrichtungen .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Teillängen-Steuerstab zu schaffen, der in den Reaktorkern eingeworfen werden darf, wenn eine Reaktorschnellabschaltung erforderlich wird, und der so ausgebildet ist, daß man zusätzliche Flexibilität gewinnt bezüglich der Positionierung der Teillängen-Steuerstäbe, indem man einfach die Teillängen-Steuerstäbe von einer mit Einwerfeigenschaft versehenen Steuerstabantriebsvorrichtung zu einer anderen identischen Vorrichtung versetzt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Demgemäß erhält man einen Teillängen-Steuerstab, der an einer mit Einwerfcharakteristik versehenen Steuerstabantriebsvorrichtung montiert werden kann und in den Reaktorkern eingeworfen werden kann und darf, wenn eine Schnellabschaltung erforderlich wird. Der Teillängen-Steuerstab

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hat also erste und zweite Enden mit einem ersten neutronenabsorbierenden Material am ersten Ende, einem zweiten neutronenabsorbierenden Material am zweiten im Abstand vom ersten Material liegenden Ende, wobei der Abstand kleiner ist als die Gesamtlänge des Kerns beträgt, und wobei ein dritter Zwischenabschnitt des Steuerstabes vorgesehen ist, der die ersten und zweiten neutronenabsorbierenden Materialien miteinander verbindet und selbst im wesentlichen nicht-neutronenabsorbierend wirkt. Das erste neutronenabsorbierende Material ist vorzugsweise ein Material mit hohem makroskopischen neutronenabsorbierenden Querschnitt. Das zweite neutronenabsorbierende Material hat einen kleineren makroskopischen neutronenabsorbierenden Querschnitt als das erste. Das zweite neutronenabsorbierende Material ist normalerweise im mittleren Bereich des Kernes positioniert für die Steuerung der Leistungsverteilung durch Verringerung von Leistungs-Oszillationen. Das erste neutronenabsorbierende Material befindet sich normalerweise außerhalb des Reaktorkerns, wo es keinen oder nur geringen Einfluß auf den Neutronenfluß des Reaktorkerns ausübt. Bei Eintreten der Notwendigkeit einer Reaktorschnellabschaltung wird der Teillängen-Steuerstab in den Kern eingeworfen oder eingeführt derart, daß sowohl das erste als auch das zweite Ende des Steuerstabes sich gleichzeitig innerhalb des Kernes an entgegengesetzten Enden desselben befinden oder so, daß zumindest ein Teil jedes Endabschnittes des Stabes gleichzeitig innerhalb des Kernes befindlich ist.

Im einzelnen erzielt de man den verringerten makroskopischen Absorptionsquerschnitt des zweiten neutronenabsorbierenden Materials, indem man ein Material verwendet mit einer hohen zahlenmäßigen Dichte, jedoch mit niedrigem mikroskopischen neutronenabsorbierenden Querschnitt. Ein solches Material

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ist Inconei. 625 oder Inconel 600. In einem solchen Steuerstab ist es wünschenswert, daß die Länge des zweiten neutronenabsorbierenden Materials im Bereich zwischen 25 % und 55 % der Länge des Cores in Staberstreckungsrichtung ist. Eine optimale Länge ist 50 % der Kernlänge.

Das erste Ende des Teillängen-Steuerstabes, das ein hochwirksames Keutronengift enthält, ist vorzugsweise nicht langer als 20 % der Länge des Kerns und kann aus Borcarbid (B₄C) als Neutroneneinfangmaterial bestehen.

Der dritte oder Zwischenabschnitt des Steuerstabes ist relativ neutronendurchlässig oder nicht-absorbierend, vergleichen mit dem ersten und zweiten Endabschnitt des Steuerstabes und hier kann man ein Inconel-Rohr verwenden, das mit einem wasserstoff haltigen Material, wie Wasser, gefüllt ist.

Weitere bevorzugte Merkmale von Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt eines Kemreaktordruckbehälters mit dem Kern, wobei nur schematisch die Ausführung und Anordnung des erfindungsgemäßen Teillängen-Steuerstabes angedeutet sind.

Der Aufbau des Teillängen-Steuerstabes gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung angedeutet. Der Kernreaktor 10 umfaßt im wesentlichen das Reaktorcore oder den Reaktorkern 12 mit einer Länge L, den Druckbehälter 14, die Steuerstabantriebsvorrichtungen 16, angeflanscht an Pfeifen 18, die £ä den Reaktordruckbehälter 14 durchdringen, sowie Teillängen-Steuerstäbe 22 und 22', die eine Länge L aufweisen und an die Steuerstabantriebsvorrichtungen 16 mittels Verbindungsstücken 20 angekoppelt sind.

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Die Teillängen-Steuerstäbe 22, 22' gemäß der Erfindung besitzen zwei neutronenabsorbierende Abschnitte 24, 26. Gewöhnliche, die volle Länge einnehmende Steuerstäbe (von denen als Beispiel einer bei 23 angedeutet ist) bilden eine erste Gruppe von in den Kern für die übliche Steuerung der Reaktorleistung einführbaren Steuerstäben, und die Teillängen-Steuerstäbe 22, 22' bilden eine zweite Gruppe von Steuerstäben für die Steuerung der Leistungs-Oszillationen oder der Leistungsverteilung. Der Teillängen-Steuerstab 22 ist in seiner normalen Steuerposition gezeigt, etwa mittig bezüglich des Reaktorkernes angeordnet. Der Teillängen-Steuerstab 22' ist in seiner Schnellabschaltstellung oder voll eingefahrenen Positionen dargestellt, in der beide Neutronengiftabschnitte 24 und 26 sich innerhalb des Reaktorkernes 12 an dessen entgegengesetzten Enden befinden. Jeder Teillängen-Steuerstab 22, 22' kann von einer vollständig außerhalb des Kerns liegenden Position in eine voll innerhalb des Kerns liegende Position verfahren werden. Wie man der Zeichnung entnehmen kann, sind die Neutronengiftabschnitte 24 und 26 durch einen verbindenden Zwischenabschnitt 28 miteinander verbunden. D-ieser Zwischenverbindungsabschnitt 28 wirkt als ein Neutronengift-"Folger". In der bevorzugten Ausführungsform ist der "Folger"-Abschnitt 28 ein wassergefülltes Inconel-Rohr, das so konstruiert ist, daß man einen minimalen ReaktivitätsSteuereffekt erzielt. Durch die Verwendung eines wassergefüllten Folgers erhält man demgemäß den maximalen wirksamen Steuereffekt des unteren Stetierabschnitts 26.

Bei jedem Teillängen-Steuerstab 22, 22' erscheint der erste Abschnitt 24 an einem ersten Ende des Teillängen-Steuerstabes 22, 22' und besteht aus einem ersten neutronenabsorbierenden Material. Ein zweiter Abschnitt 26 findet sich am. zweiten Ende des Teillängen-Steuerstabes 22, 22· und besteht aus einem zweiten neutronenabsorbierenden!Material.

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Das zweite neutronenabsorbierende Material 26 hat vorzugsweise einen kleineren makroskopischen Absorptionsquerschnitt als das erste neutronenabsorbierende Material 24. Hier und im folgenden soll unter dem Begriff "makroskopischer Absorptionsquerschnitt" verstanden werden das Produkt aus der zahlenmäßigen Dichte des jeweiligen infrage stehenden Elementes und dessen mikroskopischem Neutronenabsorptionsquerschnitt. Es ist demgemäß ein wünschenswertes Merkmal der Erfindung, einen zweiten Abschnitt 26 des Teillängen-Steuerstabes 22, 22' vorzusehen mit einem makroskopischen Absorptionsquerschnitt, der kleiner ist als der makroskopishche Absorptionsquerschnitt des ersten Abschnitts 24, indem man ein Material verwendet, mit einer hohen numerischen Dichte, jedoch mit einem niedrigen mikroskopischen Neutronenabsorptionsquerschnitt. Diese Kombination inst wünschenswert, da sie dem Verbrauch des Neutronengiftes besser widersteht als ein Neutronengift, das sich aus einer Kombination einer kleiner numerischen Dichte, jedoch mit größerem mikroskopischen Neutronenabsorptionsquerschnitt ergibt. Ein bekanntes Material steht dem Kernreaktorkonstrukteur zur Verfügung und erfüllt diese Bedingungen; es handelt sich um die Legierung Inconel 600. Inconel 600 hat gemäß dem Standard Handbook for Mechanical Engineers von Baumeister und Marks, 7. Auflage, die folgende Zusammensetzung: (76 Ni o,o4C - o,2Mn - 7,2OFe - o,2Si - o,lCu - 15,8Cr). Ein weiteres und ebenso brauchbares Material ist Inconel 625, mit der Zusammensetzung (61Ni - 21Cr - 9Mo).

In der bevorzugten Ausfuhrungsform befindet sich das zweite neutronenabsorbierende Material am zweiten Ende des Teillängen-Steuerstabes und umfaßt vorzugsweise zwischen 25 und 55 % der Länge des aktiven Bereichs des Reaktorkerns. Ein solcher Teillängen-Steuerstab aus Inconel 600 hat einen längern und einen weicheren neutronenabsorbierenden Abschnitt als bisher im Stand der Technik verwendet wurde. Dieser längere und weichere

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neutronenabsorbierende Abschnitt hat zahlreiche Forteile. Ein Vorteil besteht darin, daß der längere, weichere neutronenabsorbierende Abschnitt die Möglichkeit des Hervorrufens yon Scähäden am Kernbrennstoff verringert. Obwohl der Mechanismus des Kernbrennstoffstabhüllenversagens durch Brennstoffwechs^lwirkung noch nicht vollständig erforscht worden ist, besteht doch im allgemeinen Übereinstimmung dahingehend/ daß die (Sröße und die Snderungsgeschwindigkeit der lokalen Leistungsdichte in einem Brennstoffpellet wichtige Komponenten des Mechanismus für das Versagen sind. Da die Brennstoffpellets in der Nachbarschaft von Steuerstäben starken Änderungen in der örtlichen Leistungsdichte unterworfen werden, wenn die Spfeitze des Neutronengiftabschnitts vorbei geführt wird, sind gerade diese Brennstoffstäbe primär anfällig für durch Wechselwirkung hervorgerufenes Versagen der Brennstoffhülle. In modernen großen Kernreaktorkernen beobachtet man Instabilitäten relativ zu axialen Xenon-Oszillationen in einem sehr frühen Stadium der Brennstofflebensdauer. Obwohl dies bezüglich der Betriebsweise keine Schwierigkeiten bietet, erfordert es doch das Vorhandensein und die fortlaufende Bewegung der Teillängen-Steuerstäbe, die vorgesehen werden, um die axiale Leistungsverteilung zu steuern. Diese Steuerung wird bewirkt durch Positionieren des längernten, weicheren Abschnitts des Teillängen-Steuerstabes im wesentlichen im Zentrum des Reaktorkerns. Wenn ein Neutronenfluß-Ungleichgewicht an irgendeinem Ende des Kerns auftritt, wird der Teillängen-Steuerstab in die Richtung.des höheren Neutronenflußes verfahren, um das Neutronenfluß-üngleichgewicht zu verringern.

Die Wechselwirkung am Ergebnis einer Teillängen-Steuerstabbewegung ist von Bedeutung bei zwei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Die erste von diesen ist die Bewegung des Teillängen-Steuerstabes heraus aus einem Bereich, in dem der Steuerstab sich vorher befand, was etwa eintreten würde, bei

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beiner Lastfolgemanövriersteuerung oder Entfernung des Teillängen-Steuerstabes aus dem Kern. Die zweite ist eine kleinere Bewegung des Teillängen-Steuerstabes, erforderlich für die Steuerung eines Neutronen fluß-Ungleichcrewichts oder einer axialen Xenon-Oszillation. Ein Vorteil, den man erwarten kann, daß er sich aus dem Teillängen-Steuerstab gemäß der Erfindung ergibt, besteht darin, daß die Zunahme in der örtlichen Leistungsdichte bei Entfernen des Teillängen-SteuerStabes aus dem Zentrum des Kernes erheblich kleiner ist für einen solchen neuartigen Teillängen-Steuerstab als bei den bekannten Teillängen-Steuerstäben. Das Entfernen des bekannten Borcabid-Teillängen-Steuerstabes ist gekennzeichnet durch eine Zunahme der Leistung um über 200 % relativ zur vorherigen Leistung as Zentrum des Stabes. Entfernen des Teillängen-Steuerstabes gemäß der Erfindung führt zu einer relativen Zunahme der örtlichen Leistung von nur etwa 5Of.

Für die kleinere Teillängen-Steuerstab-Bewegung, die erforderlich ist für die Steuerung der axialen Xenon-Oszillation ist die relative Leistungszunahme an der Stabspitze größer für die kräftigeren Steuerstäbe nach dem Stand der Technik (15Q % für ein^e&₄C-Stab gegenüber 4O % für die Steuerstäbe gemäß der Erfindung, bezogen auf eine 5 %ige Bewegung des Teillängen-Steuerstabes) .

Als ein Ergebnis der bemerkenswerten Unterschiede zwischen dee Reaktivitätswert der bekannten Teillängen-Steuerstäbe und den Teillängen-Steuerstäben gemäß der Erfindung wird ein unbeabsichtiges Fallenlassen der neuartigen Teillängen-Steuerstäbe 22 _r 22* noch akzeptierbar, was nicht der Fall ist für die bekannten Teillängen-Steeuerstäbe. Als ein Ergebnis dieser unterschiede mußten die bekannten Teillängen-Stpaerstäbe mittels einer Steuerstabanirlebsvorrichtung aufgehangen und gesteuert

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werden, die eine Bauart besaß" , mit der eine Schnellabschaltung nicht möglich war, Dies erforderte, daß jeder Reaktor mit zwei unterschiedlichen Typen von Steuerstab-Antriebsvorrichtungen ausgestattet werden mußte, einer für die üblichen Leistungssteuerstäbe mit Einwerfcharakteristik, und eine Bauart für die Teillängen-Steuerstäbe zwek-cks Verteilungssteuerung, jedoch ohne Einwerfeigenschaft. Wie oben erwähnt, gestatten die Teillängen-Steuerstäbe gemäß der Erfindung die Verwendung einer einzigen Type von Antriebsvorrichtung für die Steuerstäbe, und zwar der Bauart mit Einwerf- oder Schnellabschaltmöglichkeit. Zusätzlich zu den verringerten Kosten für die Ausstattung des Reaktors mit nur einer Bauart von Antriebsvorrichtung erhält man einen weiteren Vorteil bei Verwendung eines E einwerfbaren Teillängen-Steuerstabes. DieseSr zweite Vorteil besteht darin, daß diese erfindungsgemäßen Teillängen-Steuerstäbe ohne weiteres mit den üblichen LeistungsSteuerstäben austauschbar sind, so daß die Positionen der Teillängen-Steuerstäbe ohne weiteres varjirt v/erden können, je nach den Erfordernissen, die sich durch das Management des Brennstoffzyklus ergeben. Dies vermeidet die extreme Schwierigkeit des Transports einer Antriebsvorrichtung.

Ein weiterer Vorteil, der erzielt werden kann durch Verwendung des erfindungsgemäßen Teillängen-SteuerStabes besteht darin, daß infolge des niedrigeren wirksamen Wertes des erfindungsgemäßen Teillängen-Steuerstabes die Wirkung auf die Leistungsspitze verringert wird, die sich ergibt durch das Entfernen des Teillängen-Steuerstabes aus einem Kern, der mit Teillängen-Steuerstäben versehen war, und Einführen derselben in einen Kern, der bisher noch keine Teillängen-Steuerstäbe hatte. Dies verringert die Stoßbelastung auf die thermischen Sicherheitswerte, so daß kleinere thermische Zuschläge aufrecht erhalten werden müssen, um eine Anpassung an diese beiden Typen der Teillängen-Steuer Stabbewegung zu erzielen.

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Der obere Abschnitt 24 des Teillängen-Steuerstabes besteht vorzugsweise aus Pellets aus einem starken Neutronengift, wie Borcabid (B₄C), enthalten in einer Hülle oder einem Rohr aus Inconel. Zusätzlich hat der obere Abschnitt 24 vorzugsweise eine Länge von bis zu 20 % der Länge des aktiven Bereiches des Reaktorkerns. Durch Begrenzung des oberen Abschnitts 24 auf 20 % der aktiven Länge des Kerns wird die Möglichkeit beibeihalten, den Teillängen-Steuerstab 22, 22" um bis zu 80 % seiner Länge für die Xenon-Leistungs-Oszillationssteuerung einführen zu können, ohne nachteilig die Leistung am oberen Ende des Kerns 12 zu beeinflussen durch Einführen des hochstarken Giftes 24. Das Vorsehen des oberen Abschnitts 24 führt zu einem Teillängen-Steuerstab, der eingeworfen werden kann, je nach Bedarf, falls eine SchnellabschäVtung des Reaktors erforderlich wird. Der Gesamteffekt des Einwerfens eines solchen Teillängen-Steuerstabes trägt zu dem Stillsetzen der Reaktivität bei, anstatt eine Wirkung zu haben, die zu einem Verringern der Reaktivitätsabschaltung führen würde, wie dies der Fall wäre, wenn man einen Teillängen-Steuerstab nach dem Stand der Technik einwerfen würde. Demgemäß wird die zur Verfügung stehende Abschaltkapazität für den gesamten Reaktor vergrößert durch Verwendung der Teillängen-Steuerstäbe gemäß der Erfindung.

(Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche

I)J Steuerstab für die Steuerung der Leistungsverteilung in einem Kernreaktor, dessen Kern eine aktive Höhe L aufweist, welcher Steuerstab an seinen beiden Enden unterschiedlich bezüglich der Neutronenabsorption ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstab (22) an seinem ersten Ende einen ersten Abschnitt (24) mit einem ersten neutronenabsorbierenden Material aufweist, daß er an seinem zweiten Ende einen zweiten Abschnitt (26) mit einem zweiten neutronenabsorbierenden Material aufweist, der von dem ersten Abschnitt um weniger als L entfernt ist, und daß er zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt einen dritten, im wesentlichen Neutronen nichtabsorbierendes Material umfassenden Abschnitt (28) aufweist.
2) Steuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Steuerstabes gleich oder kleiner L ist.
3) Steuerstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite neutronenabsorbierende Material einen kleineren makroskopischen Neutronenabsorptionsquerschnitt als das erste besitzt.
4) Steuerstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

das erste neutronenabsorbierende Material Borcarbid (B.C) umfaßt.
5) Verfahren zum Betreiben eines Kernreaktors, der Steuerstäbe nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstäbe nur mit einem Teil ihrer Längserstreckung in den Kern eingefahren werden, so daß das zweite neutronenabsorbierende Material sich im wesentlichen in der Kernmitte befindet, daß die Steuerstäbe in Richtung eines

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Neutronenfluß-üngleichgewichts zwecks dessen Verringerung bewegt werden, und daß bei Auftreten von Schnellabschaltbedingungen die Steuerstäbe weiter in den Kern eingeführt werden derart, daß mindestens ein Teil der beiden Endabschnitte sich innerhalb des Kerns befindet.
6) Kernreaktor mit einer ersten Gruppe von in den Reaktorkern zwecks Steuerung der Reaktorleistung einfahrbaren Leistungssteuerstäben, mit einer zweiten Gruppe von Verteilungssteuerstäben nach den Ansprüchen 1 bis 4, und mit einer Mehrzahl von, mit Schnelleinführmechanismen ausgestatteten Antriebsvorrichtungen für die Leistungssteuerstäbe, dadurch gekennzeichnet, daß auch die VerteilungsSteuerstäbe (22) mit Antriebsvorrichtungen (16) gleicher Bauart wie die Leistungssteuerstäbe (23) ausgerüstet sind.
7) Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungssteuerstäbe (22) mittels ihrer Antriebsvorrichtung zwischen einer voll eingefahrenen und einer voll ausgefahrenen Position bezüglich des Reaktorkerns bewegbar sind.
8) Steuerstab nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite neutronenabsorbierende Material einen kleineren makroskopischen Absorptionsquerschnitt aufweist als das erste und eine hohe numerische Dichte, jedoch einen niedrigen mikroskopischen Neutronenabsorptionswquerschnitt aufweist.
9) Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (24) höchstens 20 % der Erstreckung des Reaktorkerns in Stablängsrichtung ausmacht.
10) Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (26) eine Länge zwischen 25 und 55 % der Länge L besitzt.

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11) Steuerstab nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt eine Länge von 50 % L besitzt.
12) Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Neutronen nichtabsorbierende Material Wasserstoff enthält.
13) Steuerstab nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoff enthaltende Material Wasser ist.
14) Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (26) eine Legierung umfaßt, bestehend aus 61 Ni, 21 Cr, 9 Mo ("Inconel 625")
15) Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt eine Legierung umfaßt, bestehend aus 76 Ni, 0,04 C, 0,2 Mn, 7,2 Fe, 0,2 Si, 0,1 Cu, 15,8 Cr ("Inconel 600").
16) Steuerstab nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abschnitt ein Rohr aus Inconel 625 umfaßt.

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