DE3407584A1

DE3407584A1 - Verfahren zur herstellung von neutronengift enthaltenden platten aus aluminium und aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE3407584A1
Application number: DE19843407584
Authority: DE
Inventors: Günther 6369 Nidderau Bauer; Ethwart 8755 Alzenau Pollmann; Peter 6457 Maintal Srostlik
Original assignee: Transnuklear 6450 Hanau GmbH; Transnuklear GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE3407584C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Neutronenaift
enthaltenden Platten aus Aluminium und Aluminiuml egierungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Neutronengift enthaltenden Platten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen zur Gewährleistung unterkritischer Kernbrennstoffanordnungen in kerntechnischen Anlagen und in Transport- und/oder Lagerbehältern.
Zur Gewährleistung unterkritischer Kernbrennstoffanordnungen, vor allem Anordnungen von Kernelementen, werden oft plattenförmige Neutronengifte eingesetzt.
Bekannt ist die Verwendung von Borstahl-Blechen in Kompaktlagergestellen und in Aufnahmekörben von Transport- bzw. Lagerbehältern für Kernbrennelemente. Die Verarbeitungseigenschaften von Borstahl werden jedoch mit steigendem Borgehalt ungünstiger, so daß der Borgehalt dieser Bleche begrenzt ist.
Es ist auch bekannt, Platten aus Kupferpulver und B4C pulvermetallurgisch durch Pressen und Sintern herzustellen und anschließend mit Aluminium zu umgießen. Nachteilig ist die für den Gießvorgang erforderliche aufwendige Gießform und die wenig flexible Einsatzmöglichkeit der empfindlichen Sinterkörper.
In der DE-OS 26 43 444 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Metallpulver, beispielsweise Aluminiumpulver, mit einer Borverbindung vermischt, das Gemisch in einen Metallkasten eingerüttelt und der verschlossene Metallkasten anschließend bei 425 - 4550 C mehrfach gewalzt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß sich die Pulverschüttung im Metallkasten vor dem Walzen entmischen kann und eine homogene Verteilung des Neutronengiftes und damit die notwendigen Sicherheitserfordernisse nicht mehr gewährleistet sind.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Neutronengift enthaltenden Platten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen zur Gewährleistung unterkritischer Kernbrennstoffanordnungen in kerntechnischen Anlagen und in Transport- und/oder Lagerbehältern zu schaffen, bei dem eine gleichmäßige Verteilung des Neutronengiftes in der Metallmatrix sichergestellt ist und das zu einem vielseitig einsetzbaren Bauelement führt.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein homogenes Gemisch aus Aluminium- bzw. Aluminiumlegierungspulver und einem Neutronengiftpulver unter Wasserzugabe bereitet wird, das Gemisch in mehreren Stufen zu plattenförmigen Körpern gepreßt wird, diese Preßkörper getrocknet werden, die getrockneten Presskörper in ein Hohlprofil aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit rechteckigem Querschnitt eingebracht werden, die beiden offenen Enden des Hohlprofils durch Einschieben von Verschlußblechen oder Klötzen und durch teilweises Verschweißen unter Verbleiben von Entlüftungsschlitzen verschlossen werden, der so er- zeugte Formkörper vorgewärmt und anschließend bei Temperaturen von 470 - 5000 C auf das gewünschte Maß gewalzt wird.
Bei diesem Verfahren können die bekannten Neutronengifte oder deren Verbindungen, wie z.B. Gadoliniumoxid oder Samariumoxid, verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, Borkarbidpulver zu verwenden. Als vorteilhaft hat es sich auch herausgestellt, die Oberfläche der fertigen Aluminiumplatte, die das Neutronengift allseitig umschließt, zur Aufnahme und Wëiterleitung der Nachzerfallswärme des radioaktiven Materials zu eloxieren. Gegebenenfalls ist es günstig, die Stirnseite der Platten zu verschweißen, um das Eindringen von Wasser sicher auszuschließen. Anhand des nachstehenden Beispiels soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden: Es wurden 46,6 Gew.% Al-Pulver mit 53,4 Gew.% B4C-Pulver unter Zugabe von ca. 170 ml Wasser intensiv in einem Mischer gemischt. Die Mischcharge hatte ein Gewicht von ca. 15 kg. Anschließend wurde eine Pressfüllung von ca. 7 kg abgewogen, diese in eine Pressform gefüllt und in 4 Stufen bei einem Preßdruck von 2 etwa 40.000 N/cm und einer Haltezeit von rund 10 Sekunden zu einem Preßkörper von 28 mm Dicke gepreßt.
Danach wurden die plattenförmigen Preßkörper bei etwa 0 100 C mehrere Stunden getrocknet. Aus solchen Presskörpern wurden von mehreren Stellen Proben zur Homogenitätskontrolle des Neutronengifts entnommen. Dabei zeigte es sich, daß das Neutronengift homogen im Preßkörper verteilt war. Die getrockneten Preßkörper wurden in ein beidseitig offenes Aluminiumstrangpreßprofil mit einer Innenhöhe von 30 mm und einer Innenbreite von 210 mm geschoben. Die beiden offenen Enden des Hohlprofils wurden mit Aluminiumblechen verschlossen und derart verschweißt, daß noch ein Spalt für das spätere Entweichen der noch in diesem Formkörper enthaltenen Luft vorhanden ist. Anschliessend erfolgte ein Vorwärmen und Auswalzen des Formkörpers bei einer Temperatur von 4850 C auf etwa die Sfache Länge. Die Enddicke des ausgewalzten Bleches betrug ca. 16 mm, die Breite ca. 300 mm. Das ausgewalzte Blech wurde abgelängt und mechanisch auf einer Richtpresse bzw. Richtwalze kalt gerichtet.
An der fertigen Platte erfolgte eine Homogenitätskontrolle durch Neutronendurchstrahlungsprüfung. Danach wurden die durch Ablängen entstandenen Schnittstellen an den Stirnseiten der Platte verschweißt und die Platte im Bereich der Aluminiumzonen außerhalb der Neutronengiftzone auf Endmaß gebracht.
Die so hergestellte Platte besitzt eine sehr gute homogene Neutronengiftverteilung. Es lassen sich außerdem Platten mit hoher Neutronengiftbeladung herstellen.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Platten können - je nach den Erfordernissen in der Neutronengiftbeladung und den Abmessungen angepaßt -als vielseitige Bauelemente eingesetzt werden, z.B.
auch bei der Abschirmung von Neutronenquellen, bei der Abschirmung von Einrichtungen in Heißen Zellen oder durch Einschieben der Platten in vorbereitete Positionen, die sich in Brennelementeinsatzkörben von Transport- und/oder Lagerbehältern befinden.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zur Herstellung von Neutronengift enthaltenden Platten aus Aluminium und Aluminiuml egierungen Verfahren zur Herstellung von Neutronengift enthaltenden Platten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen zur Gewährleistung unterkritischer Kernbrennstoffanordnungen in kerntechnischen Anlagen und in Transport- und/oder Lagerbehältern, dadurch gekennzeichnet, daß ein homogenes Gemisch aus Aluminium- bzw.

Aluminiumlegierungspulver und einem Neutronengiftpulver unter Wasserzugabe bereitet wird, das Gemisch in mehreren Stufen zu plattenförmigen Körpern gepreßt wird, diese Preßkörper getrocknet werden, die getrockneten Preßkörper in ein Hohlprofil aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit rechteckigem Querschnitt eingebracht werden, die beiden offenen Enden des Hohlprofils durch Einschieben von Verschlußblechen oder Klötzen und durch teilweises Verschweissen unter Verbleiben von Entlüftungsschlitzen verschlossen werden, der so erzeugte Formkörper vorgewärmt und anschließend bei Temperaturen von 470 - 5000 C auf das gewünschte Maß gewalzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutronengift Borcarbidpulver verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der fertigen Aluminiumplatte eloxiert wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der fertigen Platte zusätzlich verschweißt werden.