DE3445443A1

DE3445443A1 - Verfahren zur herstellung einer absorptionsplatte fuer einen siedewasserreaktor und nach dem verfahren hergestellte absorptionsplatte

Info

Publication number: DE3445443A1
Application number: DE19843445443
Authority: DE
Inventors: Sven Skultuna Ericsson; Lars Dipl.-Ing. Hälldahl; Sven-Åke Västeraas Kohrtz
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1985-06-27
Also published as: JPS60152993A; SE8307035D0; SE8307035L; JPH0432999B2; US4610893A

Description

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AB ASEA-ATOM Västeras/Schweden

Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Siedewasserreaktor und nach dem Verfahren hergestellte Absorptionsplatte

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Siedewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Absorptionsplatte. Eine solche Absorptionsplatte ist bekannt aus der DE-OS 3122145.

In der genannten Druckschrift wird ausgeführt, daß die aus Blechen bestehende Schutzhülle mit einem brennbaren Absorptionsmaterial, wie zum Beispiel Gadoliniumoxyd, gefüllt ist. Die Bleche können dabei aus einer Zirkoniumlegierung mit niedriger Neutronenabsorption bestehen.

Früher wurde in Siedewasserreaktoren das abbrennbare Absorptionsmaterial für Neutronen den aus Urandioxyd oder anderem Brennstoff bestehendem gesinterten Brennstofftabletten beigegeben. Eine Vielzahl solcher Tabletten werden dabei in der Brennstoffhülle eines Brennstabes übereinander gestapelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem es möglich ist, Absorptionsplatten herzustellen, deren Abmessungen möglichst klein sind und in denen das Absorptionsmaterial· gut verankert ist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 genannt.

Eine nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Absorptionsplatte ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches.7 genannten Merkmale gekennzeichnet.

Durch das Verfahren nach der Erfindung kann man eine Absorptionsplatte herstellen, bei der das Absorptionsmaterial sehr gut in der Schutzhülle verankert ist, so daß es während des Reaktorbetriebes an seinem vorbestimmten Platz bleibt. Gleichzeitig ist der Platzbedarf für das Absorptionsmaterial auf ein Mindestmaß reduziert. Dies hat den Vorteil, daß die Absorptionsplatte bei ihrer Anbringung in einem Wasserspalt zwischen Brennelementbündeln sehr wenig Platz erfordert, so daß der Wasserspalt optimal ausgenutzt werden kann. Durch die Verankerung des Absorptionsmaterials in der beschriebenen Weise und die dadurch erreichte homogene Struktur des Absorptionsmaterials wird verhindert, daß sich das Absorptionsmaterial in der Schutzhülle bewegt, insbesondere nach unten fällt, wie dies bei Absorptionsmaterial vorkommen kann, daß aus losen gesinterten Körpern besteht. Eine solche Verschiebung des Absorptionsmaterials führt zu einer unerwünschten Veränderung der reaktorphysikalischen Geometrie des Kerns. Dadurch, daß das Absorptionsmaterial durch Spritzen von feinverteilten formbaren Partikeln auf den Blechen aufgebracht wird, sind alle exponierten Räume und Winkel in den verwendeten Blechen für ein Belegen mit Absorptionsmaterial zugänglich, was eine maximale Ausnutzung

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des für das Absorptionsmaterial vorhandenen Raumes in der Hülle ermöglicht, so daß dieser Raum kleiner gemacht werden kann. Bei der Verwendung von gesinterten Körpern aus Absorptionsmaterial läßt es sich nicht vermeiden, daß Spalte zwischen den einzelnen Körpern auftreten. Absorptionsmaterial, das nach der Erfindung aufgebracht wird, bekommt außerdem eine homogenere und kompaktere Struktur, was dazu beiträgt, daß der für das Absorptionsmaterial erforderliche Raum kleiner wird.

Das Absorptionsmaterial wird vorzugsweise durch Flammspritzen aufgebracht, doch kann auch anderes thermisches Spritzen, wie z.B. Plasmaspritzen oder Lichtbogenspritzen, angewendet werden, was von der Art des Absorptionsmaterials abhängig ist. Wichtig ist, daß beim Spritzen solche Bedingungen herrschen, daß das Absorptionsmaterial, wenn es auf der Blechfläche auftrifft, sich im geschmolzenen oder plastisch verformbaren Zustand befindet, so daß es sich entsprechend der Aufschlagfläche formen kann. Als Rohmaterial für das Spritzen wird vorzugsweise Pulver verwendet. Zumindest der Hauptteil der Partikel hat zweckmäßig eine Größe von 30 - 70 Aim und vorzugsweise eine Größe von 40 yum, damit eine homogene Struktur der Schicht aus Absorptionsmaterial erzielt wird. Die Dicke des Absorptions-

25materials zwischen den Innenwänden der Schutzhülle der Absorptionsplatte beträgt dort, wo das Absorptionsmaterials seine größte Dicke hat, vorzugsweise 0,10 - 0,40 mm. Der Wert der Dicke in dem genannten Intervall wird im Einzelfall mit Rücksicht auf die jeweils vorliegenden besonderen

30Betriebsverhältnisse gewählt.

Als Absorptionsmaterial werden Gadoliniumoxyd, Gd-O,, oder Gadoliniumhydroxyd, Gd(OH),, bevorzugt, doch sind auch andere Gadoliniumverbindungen und metallisches Gadolinium, wie auch Samarium, Bor, Eruopium, Disprosium, Indium und Kadmium in elementarer Form und in Form einer chemischen

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Verbindung verwendbar. Das Absorptionsmaterial kann vor dem Aufbringen auf das Blech mit Stoffen mit niedriger Neutronenabsorption, wie z.B. Aluminiummoxyd oder Zirkoniumoxyd, gemischt werden. Eine solche Mischung kann beispielsweise dann benutzt werden, wenn der Wunsch besteht, daß die gespritzte Schicht gleichmäßig dick ist, jedoch der Gehalt an Absorptionsmaterial in verschiedenen Bereichen der Schicht unterschiedlich sein soll, um beispielsweise eine bestimmte Wirkungsverteilung in axialer Richtung des Reaktorkerns zu erreichen. Zu diesem Zweck verwendet man Mischungen mit unterschiedlichen Gehalten an Absorptionsmaterial und Substanzen mit niedriger Neutronenabsorption beim Spritzen der verschiedenen Bereiche des Bleches.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 und 2 im Querschnitt zwei verschiedene Ausführungsformen einer Absorptionsplatte, die nach der Erfindung hergestellt ist,

Figur 3 einen Querschnitt durch ein Brennelementbündel mit Absorptionsplatten gemäß der Erfindung, die in Spalten zwischen den zu den Brennelementbündel gehörenden Teilbündeln von Brennstäben angeordnet sind.

Jedes von zwei Zirkaloy-Blechen 10 und 11 (Figur 1) mit einer Dicke von 0,4 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 4 m wird auf der mit Absorptionsmaterial zu belegenden Seite sorgfältig gereinigt und sandstrahlgeblasen, so daß Fett und Oxyde entfernt werden. Die sandstrahlgeblasenen Seiten der Bleche werden durch Flammspritzen eines Pulvers aus Gadoliniumoxyd mit einer Korngröße von 40

- 6OyUm in einer Atmosphäre aus Azetylengas und Sauerstoffgas mit Gadoliniumoxyd belegt. Die Partikel des Gadolinium-

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oxyds befinden sich beim Aufschlagen auf die Blechfläche in geschmolzenem oder plastisch formbarem Zustand. Um zu vermeiden, daß sich die Bleche biegen, werden sie während des Spritzens von der Rückseite gekühlt, beispielsweise dadurch, daß die Rückseiten in Kontakt mit wassergekühlten Kupferplatten gebracht werden. Beim Spritzen wird auf jedes Blech eine Gadoliniumoxydschicht 12 und 13 dadurch aufgebracht, daß die verwendete Flammspritzvorrichtung mehrmals über verschiedene Teile des betreffenden Bleches geführt wird. Die Schicht auf jedem Blech hat in ihrer gesamten Länge in der Mitte eine Dicke von 0,18 mm, die sukzessiv zu den längslaufenden Seiten (Kanten) hin abnimmt. Beim Spritzen werden die Seitenstreifen 10a und 10b bzw. 11a und 11b der Bleche geschützt, so daß sie von dem Belag aus Absorptionsmaterial frei bleiben. Danach werden die beiden Bleche zusammengelegt, wobei die Gadoliniumoxydschichten einander zugewandt sind, und anschließend werden die Bleche längs sämtlicher Seiten zusammengeschweißt, so daß das Absorptionsmaterial vollständig in den zwischen den beiden Blechen gebildeten Raum der fertigen Absorptionsplatte eingeschlossen ist.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform wird ein gereinigtes und sandstrahlgeblasenes Blech 14 aus Zirkaloy mit einer Dicke von 0,4 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 4 m auf beiden Seiten durch Flammspritzen mit Gadoliniumoxydschichten 15 und 16 in der gleichen Seite belegt, wie es anhand von Figur 1 beschrieben wurde. Die Schicht auf jeder Seite des Bleches hat in ihrer gesamten Länge in der Mitte eine Dicke von 0,18 mm, die zu den längslaufenden Seiten (Kanten) sukzessiv abnimmt. Das Blech mit den Belägen 15 und 16 wird danach vollständig in einer Hülle 17 aus Zirkaloyblech eingeschlossen, die sehr dünn sein kann, beispielsweise unter 0,1 mm. Die Hülle ist um das Blech 14 herumgebogen, und die Hülle kann dadurch verschlossen werden, daß das Blech unter Entstehung einer

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Längsnaht 18 und zweier nicht dargestellter, an je einem Ende des Bleches liegender Quernähte zusammengeschweißt wird.

Statt durch Flammspritzen kann das Gadoliniumoxyd in den erläuterten Fällen auch durch Plasmaspritzen in Argonatmosphäre oder in einer Atmosphäre aus Helium, aus Stickstoff und Argon, aus Wasserstoff und Argon oder aus Stickstoff und Wasserstoff aufgebracht werden.

Figur 3 zeigt ein Brennelementbündel mit einer Hülle 20 aus Zirkaloy, die 64 mit je einer Brennstoffhülle umgebene Brennstäbe 21 umschließt. Die Brennstäbe sind gleichmäßig auf vier Teilbündel 22, 23, 24, 25 verteilt, von denen jedes von einer Teilhülle 26 bis 29 umgeben ist. Die Teilhüllen werden dadurch gebildet, daß das Brennelementbündel in einer Länge von der Länge der Brennstäbe durch vier langgestreckte Blechelmente aus Zirkaloy mit L-förmigen Querschnitt in vier Teile unterteilt ist. Die Blechelemente haben mehrere Vorsprünge 7 und 8, welche bnachbarte Blechelemente auf Abstand voneinander halten, so daß sich zwischen den Teilhüllen in Längsrichtung verlaufende Kanäle oder Spalte 30 bis 33 bilden. Die Blechelemente sind an den Stellen, wo die Stutzen 7 bzw. 8 benachbarter Blechelemente aneinandergrenzen, zusammengeschweißt. Außerdem sind die Blechelemente dort, wo sie mit ihren in Längsrichtung verlaufenden Kanten an die Hülle 20 des Brennelementbündels grenzen, mit der Hülle 20 verschweißt. In der Mitte sind die Blechelemente so ausgebildet, daß sich in der Mitte des Brennelementbündels ein zentraler durchgehender Kanal 3 4 bildet. Das Brennelementbündel enthält nicht dargestellte obere und untere Gitterplatten. Während des Betriebes strömt als Kühlmittel dienendes Wasser durch die Teilhüllen 26 vorbei an den Brennstäben 21 in Längsrichtung des Brennelementbündels. Als Moderator dienendes Wasser strömt durch die in Längsrichtung verlaufenden Kanäle 30 bis 34 des

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Brennelementbündels. In den Kanälen 30 bis 3 3 sind Absorptionsplatten 35 bis 38 der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Art angeordnet. Die Absorptionsplatten können, wenn das brennbare Material verbraucht ist, aus den Spalten 30 33 entfernt werden, ohne daß das Brennelementbündel oder dessen Teilbündel 22 - 25 aus dem Kern herausgenommen werden müssen. Dies ist deshalb von großer Bedeutung, weil dadurch die Nachleistung von in dem Absorptionsmaterial enthaltenen Isotopen von Gadolinium mit niedrigem Absorptionsquerschnitt für Neutronen eliminiert wird. Eine andere wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man die Menge des brennbaren Absorptionsmaterials in den Brennstofftabletten der Brennstäbe 21 stark reduzieren kann, wodurch die Menge des spaltbaren Materials in den Brennstofftabletten wesentlich erhöht werden kann. Die Teilhüllen 26 - 29 haben wie die Spalte 30 - 33 eine Länge von 4 m. Jeder Spalt 30 - 33 hat eine Breite von 33 mm und eine Dicke von 3 mm.

Statt des in dem Beispiel angegebenen Materials für Bleche mit Absorptionsmaterial und für die Schutzhülle, d.h. Zirkaloy (1,2 - 1,7 Gewichtsprozent Sn, 0,07 - 0,24 Gewichtsprozent Fe, 0,05 - 0,15 Gewichtsprozent Chrom, 0 0,08 Gewichtsprozent Ni, 0,09 - 0,16 Gewichtsprozent O, Rest Zr und in Zr von Reaktorqualität normalerweise vorkommende Verunreinigungen) kann für die genannten Teile der Absorptionsplatte Material aus anderen auf Zirkonium basierenden Legierungen, wie auch aus anderen metallischen Materialien mit niedriger Neutronenabsorption, verwendet werden.

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- Leerseite -

Claims

ΝΑ·..

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Patentansprüche

1/. Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Siedewasserreaktor zur Anbringung in einem Spalt (30 33) zwischen Brennelementbündeln (22 - 25), wobei die Absorptionsplatte eine vorzugsweise aus Blech bestehende Schutzhülle (10, 11, 17) hat, in welcher ein brennbares Absorptionsmaterial (12 - 16) für Neutronen enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Absorptionsmaterial an wenigstens einem Blech (10, 11, 14) dadurch verankert wird, daß es in feinverteiltem, geschmolzenem oder plastisch verformbarem Zustand unter Bildung einer erstarrten Schicht aus dem Absorptionsmaterial auf das Blech gespritzt wird und daß das so verankerte Absorptionsmaterial in die Schutzhülle eingeschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial (12, 13) zumindest an einem Blech (10, 11) verankert wird, das ein Teil der Schutzhülle (10, 11) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial (15, 16) an einem Blech (14) verankert wird, das zusammen mit dem Absorptionsmaterial in eine separate Schutzhülle (17) eingeschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial (12, 13, 15, 16) durch Plasmaspritzen auf dem Blech (10, 11, 14) angebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial (12, 13, 15, 16) durch Flammspritzen auf dem Blech (10, 11, 14) angebracht wird.

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6. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Hauptteil der Partikel des Absorptionsmaterials beim Spritzen eine Größe von 30 - 70 um hat.

7. Absorptionsplatte, die nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß brennbares Absorptionsmaterial an wenigstens einem Blech (10, 11, 14) dadurch verankert worden ist, daß das Absorptionsmaterial in fein verteiltem, geschmolzenem oder plastisch verformbarem Zustand unter Bildung einer erstarrten Schicht aus dem Absorptionsmaterial auf das Blech aufgespritzt worden ist, und daß das Absorptionsmaterial in einer Schutzhülle eingeschlossen ist.