DE3245252A1

DE3245252A1 - Ein verzehrbares material enthaltender brennstab zum steuern eines kernreaktors

Info

Publication number: DE3245252A1
Application number: DE19823245252
Authority: DE
Inventors: Joseph 69370 Saint-Didier Leclercq
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1981-12-11
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1983-07-07
Also published as: FR2518300B1; FR2518300A1

Description

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24 5-252

FRAMATOME & CIE
924οο Courbevoie, Frankreich

Ein verzehfbares Material enthaltender Brennstab zum Steuern eines Kernreaktors

Die Erfindung bezieht sich auf einen ein verzehrbares Material enthaltenden Brennstab zum Steuern eines Kernreaktors, welcher Brennstab aus einer rohförmigen, an jedem ihrer Enden durch Stopfen verschlossenen Außenhülle besteht, die einen das verzehrbare Material enthaltenden Stoff einschließt.

Gewöhnlich ist der im Kern eines Kernreaktors angeordnete Brennstoff in länglichen, "Brennstäbe" genannten Hüllen enthalten, die ihrerseits parallel in Einheiten gruppiert sind, die blockweise während der Belade- oder Entladevorgänge des Kerns manipuliert werden. In diesen Einheiten, wo die Brennstäbe durch Gitterstäbe gehalten sind, werden leere Plätze bewahrt, um Elemente gleicher allgemeiner Form wie die verzehrbaren Brennsfeäbe aufzunehmen, die jedoch nach Bedarf in die Einheiten und zwischen die verzehrbaren Brennstäbe je nach den Not-, wendigkeiten des Betriebs des Reaktors eingeführt worden können. Es handelt sich beispielsweise um Neutronenquellen,die

beim Anlauf zum Auslösen der Kernreaktionen verwendet werden, oder auch um absorbierende Stoffe, die bei selektiver Anordnung an bestimmten Stellen des Kerns eine Verringerung der Anfangsreaktivität ermöglichen und das Steuern erleichtern.

Der absorbierende Stoff ist meistens Bor in Form einer seiner Verbindungen, z. B. Borkarbid, B₄C. Eines der ΐΒϋΐιψί? des auf-jii die Neutronen bestrahlten BQf§ wandelt sich unter Abgabe gasförmigen Heliums in Lithium um, so daß sich die Absorptiohskapazität des Materials fortlaufend verringert.

Allgemein hat das verzehrbare Material die Form von ringförmigen oder zylindrischen Tabletten, die im Ringraum zweier koaxialer Rohre aus rostfreiem Stahl oder aus einer Zirkoniumlegierung oder in einem einzigen Rohr aus diesen Materialien gestapelt sind. Eine Ausdehnungskammer für die bei der Spaltung des verzehrbaren Materials freigesetzten Gase muß im Innenvolumen der rohrförmigen Hülle vorgesehen sein.

Die Tabletten aus absorbierendem Material werden im Inneren des Rohres durch Mittel wie Federn oder Stege gehalten. Es ist jedoch schwierig, Federn oder Stege zu erhalten, die ein befriedigendes Verhalten unter Bestrahlung haben könnten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen ein verzehrbares Material enthaltenden Brennstab zum Steuern eines Kernreaktors, bestehend aus einer rohrförmigen,

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an jedem ihrer Enden durch Stopfen verschlossenen -Außenhülle, die einen das verzehrbare Material enthaltenden Stoff einschließt, zu entwickeln, der die Befestigung und die Montage des verzehrbaren Materials im Inneren der rohrförmigen Hülle ermöglicht und dabei die Haltbarkeitsprobleme der inneren Elemente des Brennstabes unter Strahlung vermeidet und die Menge nicht verzehrbaren Materials im Verhältnis zur Menge verzehrbaren Materials, die im Inneren der Hülle des Brennstabes angeordnet sind, verringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der das verzehrbare Material enthaltende Stoff die Form wenigstens eines Drahtes hat, der im wesentlichen über die ganze Länge des Innenraumes des Brennstabes zwischen den beiden Stopfen angeordnet ist„

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin

Fig. 1 eine Vertikalschnittdarstellung einer ersten Ausführungsart eines Brennstabes mit verzehrbarem Material gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Vertikalschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsart eines Brennstabes mit verzehrbarem Material gemäß der' Erfindung und

Fig. 3 eine Synimetrieebenen-Schnittdarsteilung einer

dritten Ausführungsart eines Brennstabes mit versehrbarem Material gemäß der Erfindung.

Man erkennt in Fig. 1 die rohrförmige Außenhülle 1 eines einen absorbierenden Stoff oder abbrennbares Gift enthaltenden Brennstab. Diese Außenhülle 1 ist an ihrem . einen Ende durch einen Stopfen 2 und an ihrem anderen Ende durch einen Stopfen 3 verschlossen. Die Stopfen 2 und 3 sind mit der Außenhülle 1 verschweißt und weisen geeignete Formen zum Einführen des Brennstabes in eine Brenneinheit eines Druckwasser-Kernreaktors auf.

Ein zur Außenhülle 1 koaxialer rohrförmiger Steg 4 ist im Inneren des Brennstabes zwischen den beiden Stopfen 2 und 3 dank der am Ende dieser Stopfen vorgesehenen Anlageoberflächen 6 und 7 befestigt.

Die Außenhülle¹ist an jedem ihrer Enden von Öffnungen und 10 zum Durchstrom des Kühlwassers im Inneren des Brennstabes durchsetzt, wenn die Einheit im Kern des Kernreaktors in Betrieb ist. In dieser Weise vermindert man die Druckwirkungen und damit die Entspannungs- und BiBfeniefceF§öh§Jfttifig§n-ä§§ 8F§RR§t§fe@§: wan ¥§fh»§*»f£ efcenfalls die Moderatorwirkung im Kern des Reaktors.

An jedem der Enden des Steges 4 angeordnete ringförmige Kragen 11 und 12 ermöglichen, diesen in zentrierter Lage im Inneren der Außenhülle 1 zu halten.

Auf den Steg 4 ist wendelförmig ein Draht 14 aus mit Nickel überzogenem Borkarbid B₄C zwischen den beiden Enden dieses Steges 4 aufgewickelt.

Wenn ein solcher B₄C als verzehrbares Material enthaltender Brennstab ineinesim Kern eines Kernreaktors

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angeordnete Brennstabeinheit im Betrieb eingeführt wird, spielt das vom B.C freigesetzte Bor die Rolle eines die Neutronen absorbierenden Elements, d. h. eines abbrennbaren Gifts.

In Fig. 2 erkennt man einen ein verzehrbares Material enthaltenden Brennstab, dessen mit denen des in Fig. 1 dargestellten Brennstabes identischen Elemente die gleichen Bezugsziffern aufweisen..

Dieser Brennstab mit abbrennbarem Gift weist jedoch einen ebenen Steg 15 auf, der von dem zylindrischen Steg des in Fig. 1 dargestellten Brennstabes mit abbrennbarem Gift verschieden ist. Dieser Steg 15 ist nahe seiner Enden von Löchern 16 durchbohrt, und Drähte 17 aus mit Nickel überzogenem B-C sind in der Axialrichtung zwischen den an jedem der Enden des Steges 15 vorgesehenen Löchern aufgespult.

In Fig. 3 ist ein Brennstab mit abbrennbarem Gift dargestellt, der den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Brennstäben im wesentlichen gleicht, wobei die entsprechenden Elemente die gleichen Bezugsziffern aufweisen, doch entnllt äieiif Iftfinitife keift&R §to*g lh SfeiftSft »i%U§f*in Teil.

Am Ende jedes der Stopfen 2,3 des Brennstabes sind Einhakmetallstücke 20 sum Befestigen eines wendeiförmigen Drahtes 21 über die gesamte Länge des Innenraumes der Außenhülle 1 zwischen den beiden Stopfen 2, 3 angeschweißt.

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Der Draht 21 besteht ebenfalls aus mit Nickel überzogenem B.C.

Man sieht, daß die Hauptvorteile des Brennstabes mit verzehrbarem Material gemäß der Erfindung darauf beruhen, die schwierigen Probleme der Haltbarkeit solcher Teile wie der Stege oder Federn unter Bestrahlung zu vermeiden. Alle verwendeten Materialien halten tatsächlich den Entspannungserscheinungen unter den Betriebsbedingungen, d. h. bei hoher Temperatur und unter Bestrahlung, stand.

Andererseits kann der Innenraum der rohrförmigen Außenhülle einen hohen Anteil an verzehrbarem Material im Verhältnis zu dem Material enthalten, das als Bauelement des Brennstabes zur Absorption der Neutronen erforderlich und nicht verzehrbar ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung aufyaie beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sondern umfaßt auch sämtliche Varianten.

So kann man auch eine rohrförmige Hülle aus einer Zirkoniumlegierung verwenden, die keine Elemente enthält, die die Rolle eines abbrennbaren Giftes spielen können, oder auch eine rohrförmige Hülle aus mit etwas Hafnium versetztem Zirkonium, d. h. aus Zirkonium, das einen geringen Gehalt an Hafnium enthält, das an der Wirkung eines abbrennbaren Giftes teilnimmt, verwenden.

Ebenso kann der Steg aus einem keine verzehrbaren Elemente enthaltenden Material, z. B. aus einer Zirkoniumlegienung oder im Gegenteil aus einem ein abbrennbares Gift

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enthaltenden Material, wie etwas Hafnium anthaltendem Zirkonium bestehen.

Abbrennbares Gift kann ebenfalls in Form einer äußeren Beschichtung auf dem Steg vorgesehen sein, um die Menge an im Inneren des Brennstabes angeordnetem verzehrbaren Material zu erhöhen.

Man kann beispielsweise einen Steg aus einer Zirkoniumlegierung verwenden, der mit Bor oder Borkarbid überzogen ist, das ggf. mit Nickel beschichtet ist.

Man kann auch andere Materialien für die Bildung der rohrförmigen Außenhülle des Brennstabes oder für die Bildung des Steges ins Auge fassen.

Der Brennstab kann ebenso ein verzehrbares Material der die Neutronen absorbierenden Art wie Neutronenquelle*!enthalten, die zum Start des Kernreaktors verwendet werden, sofern der das verzehrbare Material,. Gift oder Neutronenquelle enthaltende Stoff die Form von Drähten aufweist.

Claims

BEETZ & PARTNER i i :"" ' · .Paterjtäijwptfe Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 -European Patent Attorneys

Telefon (0 89) 22 72 01 - 22 72 44 - 29 5910 · _ _{R BEETZ} ^

Telex 5 22 048 - Telegramm Allpat München _ . _ „,-,-τ-. .

Ur.-ing. H. tsbtiz jun. lo-34.45oP (34 .45 IH) Dr.-lng. W.TIMPE

Dipl.-lng. J. SIEGFRIED

Priv.-Doz. Dipl.-Ghem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN

Dipl.-lng. K. LAMPRECHT 11981

7. Dez: 19

Ansprüche

ny Ein verzehrbares Material enthaltender Brennstab zum Steuern eines Kernreaktors, bestehend aus einer rohrförmigen, an jedem ihrer Enden durch Stopfen (2, 3) verschlossenen Außenhülle (1), die einen das verzehrbare Material enthaltenden Stoff einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der das verzehrbare Material enthaltende Stoff die Form wenigstens eines Drahtes (14; 17; 21) hat, der im wesentlichen über die ganze Länge des Innenraumes des Brennstabes zwischen den beiden Stopfen (2, 3) angeordnet ist.

2. Brennstab nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet,

daß der Draht (14; 17) auf einen metallischen Steg (4; 15) aufgewickelt ist, der im Inneren der rohrförmigen Hülle (1) zwischen den beiden Stopfen (2, 3) angeordnet ist.

3. Brennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steg (4) rohrförmig und koaxial zur rohrförmigen Hülle (T) des Brennstabes angeordnet ist und der Draht (14) als Wendel um den Steg (4) gewickelt ist.

4. Brennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steg (15) die Form einer länglichen ebenen Platte hat,

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die an jedem Ende von Löchern (16) durchbohrt ist, und daß der Draht (17) in Längsrichtung des Steges (15) aufgespult ist.

5. Brennstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (21) eine Wendewicklung darstellt, die an jedem ihrer Enden an den die rohrförmige Hülle (1) des Brennstabes verschließenden Stopfen (2, 3) befestigt ist.

6. Brennstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (14; 17; 21) aus mit Nickel überzogenem Borkarbid B-C besteht.

7. Brennstab nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (4; 15) einen das verzehrbare Material enthaltenden Überzug hat.

8. Brennstab nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (4; 15) aus einer Metallegierung besteht, die ein verzehrbares Material als einen Bestandteil enthält.