DE2633311C3 - Kernreaktorsteuerstab - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktorsteuerstab ■ach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Steuerstab ist aus der DE-AS 10 83 447 bekannt.

Hierbei ist die Anordnung derart getroffen, daß dann, wenn ein Endabschnitt in den Reaktorkern hineinbewegt wird, der andere Endabschnitt aus dem Reaktorkern herausbewegt wird. Der im wesentlichen nichtablorbierende Mittelabschnitt erstreckt sich dabei über die Höhe des Reaktorkerns. Hierdurch lassen sich zwar Verzerrungen des Neutronenflusses in Axialrichtung beeinflussen, jedoch können derartige Steuerstäbe nicht lei einer Notabschaltung eingefahren werden und benötigen daher eine getrennte Antriebsvorrichtung, Wobei zudem die große Länge der Steuerstäbe eine Vergrößerung der DruckbehälterabmesMjngen erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kernreaktorsteutrstab nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart tuszubilden, daß er bei einer Notabschaltung in den Reaktorkern vollständig eingefahren werden darf.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Abbildung dargestellten mit erfindungsgemäßen Steuerstäben ausgerüsteten Kernreaktors näher eriäO tert,

Der dargestellte Kernreaktor 10 umfaßt im wesentlichen einen Reaktorkern 12 mit einer Kernhöhe U einen Druckbehälter 14, Steuefstabäntriebe 16 angeflanscht an Stutzen IS sowie Steuerstäbe 22 und 22', die eine Gesamtlänge L aufweisen und an den Steuerstabantrieben 16 durch Verbindungsstücke 20 angekoppelt sind. Die Steuerstäbe 22, 22' besitzen zwei neutronenabsorbierende Endabschnitte 24, 26. Gewöhnliche, die volle Länge einnehmende Steuerstäbe (von denen als Beispiel einer bei 23 angedeutet ist) bilden eine erste Gruppe von in den Reaktorkern 12 für die übliche Steuerung der Reaktorleistung einführbaren Steuerstäben, während die Steuerstäbe 22, 22' eine zweite Gruppe von

ίο Steuerstäben für die Steuerung der Leistungs-Oszillation oder der Leistungsverteilung bilden. Der Steuersta b 22 ist in seiner normalen Steuerposition gezeigt Der Steuerstab 22' ist in seiner voll eingefahrenen Position dargestellt, in der beide Endabschnitte 24 und 26 sich innerhalb des Reaktorkerns 12 an dessen entgegengesetzten Enden befinden. Jeder Steuerstab 22, 22' kann von einer vollständig außerhalb des Reaktorkerns 12 liegenden Position in eine voll innerhalb des Reaktorkerns 12 liegende Position verfahren werden. Die einen Neutronenabsorber enthaltenden Endabschnitte 24 und 26 sind durch einen verbindenden im wesentlichen nicht absorbierenden Mitteiabschnitt 28 miteinander verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Mittelabschnitt 28 ein wassergefülltes Rohr.

Bei jedem Steuerstab 22, 22' ist der Endabschnitt 24 mit einem ersten neutronenabsorbierenden Material und der Endabschnitt 26 mit einem zwe.ten neutronenabsorbierenden Material versehen. Der Endabschnitt 26 hat vorzugsweise ein Material mit einem kleineren makroskopischen Absorptionsabschnitt (das Produkt aus der zahlenmäßigen Dichte des jeweiligen infrage stehenden Elementes und dessen mikroskopischem Neutronenabsorptionsabschnitt) als das Material im Endabschnitt 24; dazu verwendet man ein Material mit einer hohen numerischen Dichte und mit einem niedrigen mikroskopischen Neutronenabsorptionsquerschnitt. Diese Kombination ist vorteilhaft, da sie dem Verbrauch des Neutronenabsorbers besser widersteht als ein Material, das sich aus einer Kombination einer kleinen numerischen Dichte mit groticrem mikroskopischen Neutronenabsorptionsquerschnitt ergibt. Hierfür ist z. B. die Legierung Inconel 600 geeignet, die gemäß dem Standard Handbook for Mechanical Engineers von Baumeister und Marks, 7. Auflage, die folgende Zusammensetzung hat: 76% Ni - 0,04% C - 0,2% Mn - 7,2% Fe - 0.2% Si - 0.1% Cu - 15.8% Cr. Ein weiteres und ebenso brauchbares Material ist Inconel 625, mit der Zusammensetzung 61% Ni — 21% Cr — 9% Mo.

Bevorzugt umfaßt das neutronenabsorbierende Material an dem in Einfahrrichtung vorne gelegenen Ende des Steuerstabes 22,22' zwischen 25 und 55% der Höhe L des Reaktorkerns 12. Dieser relativ geringfügig neutronenabsorbierende Endabschnitt 26 verringert die Möglichkeit des Entstehens von Schäden am Kernbrennstoff Obwohl der Mechanismus des Kernbrennstoffstabhüllenversagens durch Brennstoffwechselwirkung noch nicht vollständig erforscht worden ist. besteht doch im allgemeinen Übereinstimmung dahin-

gehend, daß die Größe und die Änderungsgeschwindigkeit der lokalen Leistungsdichte in einem Brennstoffpel· let 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 Spitze des neutronenabsorbierenden Ab-Schnitts vorbei geführt wird, sind gerade diese Brennstoffstäbe anfällig für durch Wechselwirkung

hervorgerufenes Versagen der Brennstoffhülle. In modernen großen Reaktorfcernen beobachtet man Instabilitäten bedingt durch axiale 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 Steuerstäbe 22, 22', die vorgesehen werden, um die axiale Leistungsverteilung zu steuern. Diese Steuerung wird bewirkt durch Positionieren des Endabschnitts 26 des Steuerstabes 22, 22' im wesentlichen im Zentrum des Reaktorkerns 12. Wenn ein Neutronenfluß-Ungleichgewicht im Reaktorkern 12 auftritt, wird der Steuerstab 22, 22' in die Richtung des höheren Neutronenflußes verfahren, um das Neutronenfluß-Ungleichgewicht zu verringern. Ein Vorteil der Steuerstäbe 22, 22' besteht darin, daß die Zunahme in der örtlichen Leistungsdichte bei Entfernen des Endabschnitts 26 aus dem Zentrum des Reaktorkerns 12 erheblich kleiner ist für einen üblichen Borcarbid-Steuerstab. Während bei letzterem eine Zunahme der Leistung um über 200% relativ zur vorherigen Leistung am Zentrum des Steuerstabes beobachtet wird, führt das Entfernen des Steuerstabes 22, 22' nur zu einer relativen Zunahme der örtlichen Leistung von etwa 50%.

Auf Grund des Aufbaus der Steuerstäbe 22, 22' kann ein unbeabsichtigtes Fallenlassen der Steuerstäbe 22, 22' akzeptiert werden. Daher benötigt man keine besonderen Steuerstabantriebe mit denen eine Schnellabschaltung nicht möglich ist Daher sind die Steuerstäbe 22,22' ohne weiteres mit den üblichen Leistungssteuerstäben austauschbar, so daß die Positionen der Steuerstäbe 22, 22' ohne weiteres je nach den Erfordernissen, die sich durch die Handhabung des Brennstoffzyklus ergeben, variiert werden können.

Der in Einfahrrichtung hinten liegende Endabschnitt 24 der Steuerstäbe 22, 22' besteht vorzugsweise aus in einem Rohr angeordneten Pellets aus einem starken Neutronenabsorber, wie Borcarbid (B4C). Der Endabschnitt 24 hat vorzugsweise eine Länge von bis zu 20% der Höhe L des Reaktorkerns IZ Durch Begrenzung des Endabschnitts 24 auf 20% der aktiven Höhe L des Reaktorkerns 12 bleibt die Möglichkeit erhalten, den 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 Reaktorkerns 12 durch Einführen des Endabschnitts 24 zu beeinflussen. Das Vorsehen des Endabschnitts 24 führt somit zu einem Steuerstab, d'. je nach Bedarf eingeworfen werden kann, falls eine Sünwliabschaltung des Reaktors erforderlich wird. Der Gesamteffekt des Einwerfens eines solchen Steuerstabes 22, 22' trägt zur Verringerung der Reaktivität bei. Demgemäß wird die zur Verfügung stehende Abschaltkapazität für den gesamten Reaktor durch Verwendung der Steuerstäbe 22,22'vergrößert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktorsteuerstab, bei dem zwei neutronenabsorbierende Endabschnitte durch einen Neutronen im wesentlichen nicht absorbierenden Mittelabschnitt verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Steuerstabes (22, 22') gleich der Kernhöhe ist und daß die makroskopischen Absorptionsquerschnitte und die Längen der Endabschnitte (24, 26) so aufeinander abgestimmt sind, daß sich das Maximum der Reaktivitätsbeeinflussung im vollständig eingefahrenen Zustand ergibt.

2. Kernreaktorsteuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Einfahrrichtung vorne gelegene Endabschnitt (26) einen kleineren makroskopischen Absorptionsquerschnitt als der andere Endabschnitt (24) aufweist

3. Kernreaktorsteuerstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Einfahrrichtung vorne gelegene Endabschnitt (26) eine Länge zwischen 25 und 55%, vorzugsweise 50%, der Kernhöhe und der andere Endabschnitt eine Länge von höchstens 20% der Kernhöhe aufweist

4. Kernreaktorsteuerstab nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Einfahrrichtung vorne gelegene Endabschnitt ^26) eine Legierung enthaltend 61% Nickel, 21% Chrom und 9% Molybdän oder 76% Nickel, 15,8% Chrom und 7,2% Eisen umfaßt und daß der andere Endabschnitt Borcarbid enthält