DE3721627A1 - Steuerblatt fuer einen kernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerblatt zur Verwendung in einem Kernreaktor. Das Steuerblatt ist so ausgelegt, daß es in einen Kernreaktor-Kern einfahrbar und aus ihm heraus­ ziehbar ist, um die Leistung des Kernreaktors zu regeln. Insbesondere betrifft die Erfindung ein langlebiges, als Neutronenfluß-Falle ausgebildetes Steuerblatt, welches sich für den Einsatz in einem Siedewasserreaktor (SWR) eignet.

Im allgemeinen besitzt ein Steuerblatt zur Verwendung in einem Siedewasserreaktor eine mittlere Verbindungsstange und mehrere Flügel, die durch U-förmige Mantelplatten gebildet und an der Verbindungsstange befestigt sind, wobei jeder Flügel mehrere Neutronenabsorberstäbe enthält. Jeder Neutronenabsorberstab setzt sich zusammen aus einem Mantel­ rohr aus Stahl, zum Beispiel rostfreiem Stahl, und in das Mantelrohr eingefülltem Granulat aus Borcarbid (B₄C). Um zu verhindern, daß sich das Borcarbid-Granulat frei innerhalb des Mantelrohrs bewegt, sind Unterteilungskugeln in vorbe­ stimmten Abständen innerhalb des Mantelrohrs angeordnet.

Die in Form von Körnern oder Granulat vorliegenden Bor­ carbide, die in den Neutronenabsorberstab gefüllt sind, weisen eine aufgrund von Neutronenabsorption abnehmende Neutronen-Absorptionsleistung (Kapazität) auf, und sie erzeugen He-Gas als Folge der Reaktion zwischen Bor-10 (¹⁰B) und Neutronen. Dies führt zu einem Druckanstieg im Inneren des Mantelrohrs. Die Lebensdauer des Steuerblatts, wie sie sich durch die Neutronenabsorptionsleistung bestimmt, wird als "nukleare Lebensdauer" bezeichnet, während die Lebensdauer, die sich durch den inneren Gas­ druck in dem Mantelrohr bestimmt, als "mechanische Lebens­ dauer" bezeichnet wird.

Das Steuerblatt, das in den Reaktorkern absenkbar und aus diesem herausziehbar ist, ist den Neutronen nicht gleich­ mäßig ausgesetzt. Beispielsweise ist die Neutronen-Exposi­ tionsrate an den Seitenkanten und am oberen Ende jedes Flügels hoch. Dies bedeutet, daß diese Abschnitte des Steuerblatts größere Mengen von Neutronen absorbieren als andere Abschnitte des Steuerblatts, und deshalb ist die nukleare Lebensdauer in diesen Abschnitten früher erreicht als in anderen Abschnitten des Steuerblatts. Demzufolge muß das Steuerblatt als radioaktiver Müll gelagert werden, selbst wenn in den anderen Abschnitten noch eine ausrei­ chend lange Lebensdauer gegeben ist.

Um diesem Problem zu begegnen, haben die Erfinder der vor­ liegenden Erfindung ein verbessertes Steuerblatt ent­ wickelt, bei dem langlebige Neutronenabsorber in der Nähe der Seitenkanten der Flügel angeordnet sind, dort, wo das Maß der Neutronenexposition hoch ist. Diese Entwicklung ist in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift 74 697/1978 beschrieben. Allerdings ist bei diesem verbesserten Steuer­ blatt immer noch der bezüglich der Verlängerung der Lebens­ dauer nachteilige Umstand gegeben, daß die Lebensdauer lediglich doppelt so lange ist wie bei herkömmlichen Steuerblättern, die B₄C enthalten.

Um dem Bedürfnis nach einer Verlängerung der Lebensdauer der Steuerblätter entgegenzukommen, haben die Erfinder ein langlebiges Steuerblatt entwickelt, das viel länger in Betrieb bleiben kann als das oben erwähnte, verbesserte Steuerblatt. Dieses noch langlebigere Steuerblatt besitzt, wie in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift 55 887/1983 beschrieben ist, massive Neutronenabsorberplat­ ten, die aus einem langlebigen Neutronenabsorber herge­ stellt und in jedem Flügel des Steuerblatts angeordnet sind. Die Neutronenabsorberplatte besitzt Öffnungen oder Ausnehmungen, deren Größe und Verteilung derart bestimmt sind, daß die Menge des durch das Vorhandensein der Öffnun­ gen oder Ausnehmungen entfernten Materials in dem Ab­ schnitt, in welchem Abschaltgrenze klein ist, vergleichs­ weise gering ist, und dort, wo die axiale Verteilung der Abschaltgrenze groß ist, vergleichsweise groß ist.

Allerdings hat dieses langlebige Steuerblatt den nachste­ hend diskutierten Nachteil, der zurückzuführen ist auf die Verwendung eines Hafnium-(Hf-)Blatts als Neutronenabsorber. Hafnium ist teuer und besitzt eine große Dichte (13,3 g/cm³), so daß Kosten und Gewicht des Steuerblatts in uner­ wünschter Weise ansteigen. Das erhöhte Gewicht des Steuer­ blatts macht es wiederum erforderlich, einen Steuerstab- Antriebsmechanismus zu verwenden, der derart schwere Steuerblätter sicher zu handhaben vermag, da der herkömm­ liche Steuerstab-Antriebsmechanismus dem hohen Gewicht der Steuerblätter nicht standzuhalten vermag.

Die Erfinder haben herausgefunden, daß es Möglichkeiten für die Beseitigung des Materials in dem Hafnium-Blatt gibt, welches als langlebiger Neutronenabsorber verwendet wird, so daß man das Gewicht des Hafnium-Blatts reduzieren kann. Ferner wurde gefunden, daß herkömmliche Steuerblatt- Antriebe noch verwendbar sind, vorausgesetzt, das Gewicht des Steuerblatts wird durch Materialentfernung reduziert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein langlebiges Steuerblatt zur Verwendung in einem Kernreaktor, insbesondere einem Siedewasserreaktor (SWR) zu schaffen, bei dem das Gewicht des langlebigen Neutronenabsorbers und mithin das Gesamtge­ wicht des Steuerblatts wirksam reduziert sind, so daß her­ kömmliche Steuerstab-Antriebsmechanismen dazu verwendet werden können, das Steuerblatt sicher zu bewegen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeich­ nete Erfindung gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.

Die Erfindung schafft ein langlebiges Steuerblatt, das in seiner Größe, Gestalt und in seinem Gesamtgewicht praktisch identisch ist mit den herkömmlichen B₄C-Steuerblättern und mithin in existierenden Siedewasserreaktoren verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße langlebige Steuerblatt für Kernreak­ toren eignet sich für den Betrieb in einem Reaktor mit hohem Abbrand bei Langzeitbetrieb des Reaktors.

Das erfindungsgemäße Reaktorblatt zeichnet sich besonders dadurch aus, daß eine Beschädigung aufgrund elektrochemi­ scher Korrosion wirksam vermieden wird.

Schließlich schafft die Erfindung ein Hybrid-Steuerblatt für Kernreaktoren, welches dahingehend verbessert ist, daß Beschädigungen aufgrund elektrochemischer Korrosion vermie­ den werden und die mechanische Festigkeit erhöht ist, damit das Steuerblatt durch äußere Krafteinwirkung hervorgerufe­ nen Verformungen besser widerstehen kann.

Das erfindungsgemäße langlebige Steuerblatt für Kernreakto­ ren zeichnet sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Krümmungen und Verbiegungen aus, während das Gewicht der Ummantelungen und mithin das Gesamtgewicht des Steuer­ blatts verringert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerblatt, wie es im Anspruch 1 gekennzeichnet ist, wird das Reaktivitätsäquivalent erhöht aufgrund des Wasserspalts, der zum Leiten eines Moderator­ (Kühlmittel-)Flusses zwischen den einander gegenüberliegen­ den Neutronenabsorberplatten dient. Das Vorhandensein des Wasserspalts ermöglicht es ferner, die Stärke der Neutro­ nenabsorberplatten nach Maßgabe des Ausmaßes der Neutronen­ exposition zu reduzieren. Aus diesem Grund kann das erfin­ dungsgemäße Steuerblatt praktisch die gleiche Größe und Ge­ stalt sowie das gleiche Gewicht aufweisen wie die herkömm­ lichen B₄C-Steuerblätter, selbst dann, wenn ein schwerer langlebiger Neutronenabsorber, wie zum Beispiel Hafnium- Mäntel, verwendet werden. Durch die Erfindung ist es möglich, daß das Steuerblatt in existierenden Kernreaktoren eingesetzt wird, ohne daß der Steuerstab-Antriebs­ mechanismus modifiziert werden muß. Das Steuerblatt kann innerhalb einer Zeitspanne arbeiten, die viel länger ist als die üblichen Zeitspannen herkömmlicher Steuerblätter.

Durch die im Anspruch 20 angegebene Ausführungsform wird in vorteilhafter Weise jegliche elektrochemische Errosion aufgrund eines Kontakts zwischen verschiedenen Metallen vermieden.

Durch die im Anspruch 37 angegebene Ausführungsform der Erfindung wird in wirksamer Weise ein Verbiegen oder Krüm­ men eines Steuerblatts vermieden durch Verbesserung der Stärke gegenüber seitlichen Biegekräfte.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Aus­ führungsform eines Kernreaktor-Steuerblatts gemäß der Er­ findung,

Fig. 2 eine Ansicht, die darstellt, wie Neutronenabsor­ berglieder in das Steuerblatt eingebaut sind,

Fig. 3 eine anschauliche Darstellung des Verlaufs des Reaktivitätsäquivalents (Neutronenabsorptions-Kennlinie) des Steuerblatts in Höhenrichtung,

Fig. 4 eine Teil-Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht, die einen in ein Steuerblatt ein­ gebauten Neutronenabsorber darstellt, der in Längsrichtung des Steuerblatts in acht Elemente unterteilt ist,

Fig. 6A bis 6C graphische Darstellungen von Pegeln des Reaktivitätsäquivalents bei unterschiedlichen Höhen des Steuerblatts,

Fig. 7 eine Ansicht eines Distanzstücks, welches jeden Neutronenabsorberabschnitt abstützt,

Fig. 8 eine Teil-Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 5,

Fig. 9 einen Grundriß entsprechend der Darstellung nach Fig. 4,

Fig. 10A eine vergrößerte Teilansicht, die den in Fig. 5 mit C markierten Abschnitt darstellt,

Fig. 10B eine Seiten-Schnittansicht entlang der Linie D-D in Fig. 10A,

Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wasserspalt-Breite und dem Reaktivitätsäquivalent veranschaulicht, wie sie durch kritische Experimente bestätigt wurde, bei denen das Steuerblatt in einen Simulator eines Siedewasserreaktor-Kerns eingetaucht wurde,

Fig. 12 bis 14 Ansichten verschiedener Formen von Neu­ tronenabsorbern,

Fig. 15 eine graphische Darstellung, die die Konzentra­ tionsverteilung von spaltbaren Atomarten in einem Reaktor­ kern entlang der Achse des Reaktorkerns veranschaulicht,

Fig. 16 eine graphische Darstellung, die die Verteilung des Neutronen-Multiplikationsfaktors in einem Reaktorkern entlang dessen Achse veranschaulicht,

Fig. 17 eine graphische Darstellung der Neutronenexpo­ sitions-Verteilung entlang der Achse des Steuerblatts,

Fig. 18 eine graphische Darstellung der Neutronenexpo­ sitions-Verteilung in Breitenrichtung des Flügels,

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Reaktivitäts­ äquivalent-Verteilung in Breitenrichtung eines Flügels, ausgehend von der mittleren Verbindungsstange bis hin zum radialen Ende des Flügels,

Fig. 20 eine fragmentarische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kernreaktor-Steuerblatts nach der Er­ findung, wobei insbesondere ein Langzeit-Neutronenabsorber dargestellt ist,

Fig. 21 eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in Fig. 20,

Fig. 22 eine Schnittansicht eines Flügels der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerblocks,

Fig. 23 bis 31 Schnittansichten von Flügeln einer drit­ ten bis vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerblatts,

Fig. 32 eine Darstellung einer Modifizierung des Flügels des erfindungsgemäßen Steuerblatts,

Fig. 33 eine perspektivische Gesamtansicht eines erfin­ dungsgemäßen Kernreaktor-Steuerblatts, bei dem Anti-Riß- Maßnahmen getroffen sind,

Fig. 34 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des erfindungsgemäßen Steuerblatts,

Fig. 35 eine Schnittansicht entlang der Linie F-F in Fig. 34,

Fig. 36 eine Schnittansicht des in Fig. 34 mit G mar­ kierten Details,

Fig. 37A, 37B und 37C eine perspektivische Ansicht, einen Grundriß bzw. eine Schnittansicht eines in Fig. 36 dargestellten Distanzstücks,

Fig. 38 eine Ansicht, die eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuerblatts darstellt, welches mit Anti-Riß-Mitteln ausgestattet ist,

Fig. 39 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuerblatts mit Anti-Riß- Mitteln wie Anti-Erdbeben-Mitteln,

Fig. 40 eine vergrößerte Vorderansicht des in Fig. 39 mit H markierten Details,

Fig. 41 eine Abwicklung eines Mantels zur Veranschauli­ chung der Herstellungsweise des Mantels,

Fig. 42 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I in Fig. 39,

Fig. 43 eine Abwicklung eines Mantels zur Veranschauli­ chung eines Mantels eines weiteren Herstellungsprozesses des Mantels,

Fig. 44 eine Schnittansicht einer modifizierten Form der Anordnung nach Fig. 42, wobei die Ausnehmungen unter­ schiedlich ausgebildet sind,

Fig. 45 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer modifizierten Form des in Fig. 39 dargestellten Kernreak­ tor-Steuerstabs,

Fig. 46 eine Detail-Ansicht des Ausschnitts I in Fig. 45,

Fig. 47 eine Detail-Ansicht des Ausschnitts J in Fig. 45,

Fig. 48 eine Schnittansicht entlang der Linie K-K in Fig. 47,

Fig. 49 eine Vorderansicht einer modifizierten Form der in Fig. 45 dargestellten Steuervorrichtung,

Fig. 50 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Hybrid-Kernreaktor-Steuerblatts nach der Erfindung,

Fig. 51 eine Schnittansicht entlang der Linie L-L in Fig. 50,

Fig. 52 eine Detailansicht des Ausschnitts M in Fig. 51,

Fig. 53 ein weiteres Hybrid-Kernreaktor-Steuerblatt nach der Erfindung,

Fig. 54 eine Schnittansicht entlang der Linie N-N in Fig. 53,

Fig. 55 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuer­ blatts,

Fig. 56 bis 58 Querschnittansichten entlang der Linien N-N bis P-P in Fig. 55,

Fig. 59 eine Vertikal-Schnittansicht der in Fig. 55 ge­ zeigten Ausführungsform, wobei veranschaulicht ist, wie die Neutronenabsorberplatte unterteilt ist,

Fig. 60 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausfüh­ rungsform der Erfindung,

Fig. 61 eine Vertikalschnittansicht einer anderen Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 62 eine Schnittansicht entlang der Linie Q-Q in Fig. 61,

Fig. 63 eine Vertikalschnittansicht einer Modifizierung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 55,

Fig. 64 eine Vorderansicht einer weiteren Modifizierung der Ausführungsform nach Fig. 55,

Fig. 65 eine Schnittansicht entlang der Linie R-R in Fig. 64,

Fig. 66 eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie S-S in Fig. 65,

Fig. 67 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils der Ausführungsform nach Fig. 65, und

Fig. 68 eine Vertikalschnittansicht einer anderen Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuerstabs.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Steuerkörpers, der im folgenden als "Steuerblatt" bezeichnet werden soll. Das Steuerblatt findet Verwendung in Kernreaktoren. Das allge­ mein mit 10 bezeichnete Steuerblatt besitzt eine mittlere Verbindungsstange 14, die ein mit einem Griffteil 11 ver­ sehenes Oberteil 12 und ein Unterteil 13 verbindet. Die mittlere Verbindungsstange 14 besitzt Radialvorsprünge, die der Stange 14 einen im wesentlichen kreuzförmigen Quer­ schnitt verleihen. Eine etwa U-förmige Mantelplatte, die aus rostfreiem Stahl besteht und eine beträchtliche Tiefe aufweist, ist an dem Ende jedes Vorsprungs der mittleren Verbindungsstange 14 befestigt. Der Raum in jeder Man­ telplatte 15 nimmt einen plattenförmigen Langzeit-Neu­ tronenabsorber 18 aus Hafnium (Hf) auf. Jeder Mantel 15 bildet gemeinsam mit dem Langzeit-Neutronenabsorber 18 einen Flügel 16 des Steuerblatts 10. Mithin weist das Steuerblatt 10 vier Flügel 16 auf.

Das Steuerblatt 16 ist so ausgestaltet, daß es im wesent­ lichen die gleiche Größe, die gleiche Gestalt und das glei­ che Gewicht aufweist wie die herkömmlichen Steuerblätter, die mit Borcarbid (B₄C) beladen sind, so daß das Steuer­ blatt im Austausch in existierende Kernreaktoren eingeführt werden kann. Beispielsweise besitzt das Steuerblatt 10 eine effektive Länge von etwa 3,83 m, eine Blattbreite von etwa 250 mm, eine Blattdicke von etwa 8 mm, eine Mantelplatten­ stärke von etwa 1 mm und ein Gesamtgewicht von etwa 100 kg.

Der Neutronenabsorber 18 ist entlang der Achse der Verbin­ dungsstange 14 in mehrere Elemente unterteilt, zum Beispiel in vier Absorberelemente oder -Abschnitte 18 a, 18 b, 18 c und 18 d, wie Fig. 2 zeigt. Nach Fig. 2 ist der linke Halbteil des Steuerblatts 10 mit Neutronenabsorberelementen geladen, während der rechte Halbteil in einem unbeladenen Zustand ohne Neutronenabsorberelemente gezeigt ist. Die Neutronenabsorberelemente 18 a, 18 b und 18 c, ausgenommen das dem Unterteil 13 benachbarte Element 18 d, werden von Absorberelement-Trägern 20 abgestützt, die an jedem Vorsprung der mittleren Verbindungsstange 14 in geeigneten Abständen in Längsrichtung der Stange 14 ausgebildet sind, um zu verhindern, daß die Neutronenabsorberelemente 18 a bis 18 c sich nach oben und nach unten bewegen können.

Die Neutronenabsorberelemente 18 a bis 18 d sind so ausgebil­ det, daß der Neutronenabsorber 18, der aus diesen Elementen zusammengesetzt ist, eine Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, die von dem dem Oberteil 12 benachbarten Ende progressiv zu dem dem Unterteil 13 benachbarten Ende hin abnimmt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der Neutronenabsorber 18 in vier Elemente 18 a bis 18 d un­ terteilt ist, besitzt jedes Element eine konstante Dicke, jedoch ändert sich die Dicke abgestuft derart, daß das am weitesten oben befindliche Neutronenabsorberelement 18 a die größte Dicke und das am weitesten unten befindliche Element in der Nachbarschaft des Unterteils die geringste Dicke be­ sitzt. Diese abgestufte Dickenänderung des Neutronenabsor­ bers 18 bewirkt eine entsprechend abgestufte Änderung des Reaktivitätswerts, das heißt der Neutronenabsorptions-Kenn­ größe, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Ausgestaltung kann so gewählt sein, daß abhängig vom Entwurf oder der Betriebs­ weise des Steuerblatts der extreme Endabschnitt des am wei­ testen oben befindlichen Neutronenabsorberelements 18 a neben dem Oberteil, zum Beispiel die Zone innerhalb 35 cm, gemessen vom Ende aus, eine speziell erhöhte Neutronenab­ sorptions-Kennlinie aufweist, um die Notabschaltleistung des Reaktors zu verbessern, oder eine speziell verringerte Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, um jede drastische Änderung der Reaktorausgangsleistung zu unterdrücken, die möglicherweise hervorgerufen wird, wenn das Steuerblatt hochgezogen wird. Zusätzlich werden die Neutronenabsorp­ tions-Kennlinien in zumindest dem obersten Neutronenabsor­ berelement 18 a so variiert, daß der der mittleren Verbin­ dungsstange 14 benachbarte Abschnitt des Elements eine grö­ ßere Neutronenabsorptions-Kapazität aufweist.

Im allgemeinen hat ein langlebiges Steuerblatt 10 in einem Kernreaktor die Neigung, daß das Oberteil 12 aufgrund der extremen Neutronenexposition des Oberteils versprödet. Des­ halb wird das Oberteil für gewöhnlich aus einem rostfreien Stahl hergestellt, der besonders rein ist, damit jegliche Tendenz des Oberteils zum Brüchig-werden unterdrückt wird. Um das Gewicht des Steuerblatts zu minimieren, besitzen das Oberteil 12, das Unterteil 13 und ein an dem Unterteil be­ festigter Geschwindigkeits-Begrenzer 22 eine weitestgehend reduzierte Dicke. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, be­ sitzt das Steuerblatt 10 unterhalb des Oberteils 12 einen freien Abschnitt 23. Dieser freie Abschnitt 23 kann als Hilfs-Handhabe verwendet werden. Der freie Abschnitt 23 ist an einer Stelle ausgebildet, wo keine Neutronenabsorption benötigt wird, bedingt durch den speziellen Aufbau des Steuerblatts.

Die Anordnung des freien Abschnitts 23 trägt zu einer wei­ teren Gewichtsreduzierung des Steuerblatts bei.

Durch Versuche wurde bestätigt, daß der Betrag der Exposi­ tion durch schnelle Neutronen im oberen Teil der Hilfs- Handhabe nur etwa 1/5 bis 1/3 der Exposition im oberen Teil des Griffabschnitts beträgt. Dies legt nahe, daß das Ausmaß der Versprödung an dem Hilfshandhabe-Abschnitt 23 lediglich 1/5 bis 1/3 dessen beträgt, was am oberen Teil des Griff­ abschnitts vorhanden ist, so daß der Hilfshandhabe- Abschnitt 23 bei der Handhabung des Steuerblatts ein wirk­ sames Behelfsmittel darstellt.

Jedes der Neutronenabsorberelemente, zum Beispiel das Ele­ ment 18 a, die in der Mantelplatte 15 angeordnet sind, setzt sich zusammen aus einem Paar von Neutronenabsorberplatten oder -blättern 18 a ₁ und 18 a ₂ aus Hafniumfilmen oder -blät­ tern, die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüber­ liegen, wie Fig. 4 zeigt. Diese Neutronenabsorberplatten 18 a ₁ und 18 a ₂ sind voneinander durch punktförmige Distanz­ stücke 24 beabstandet. Diese Distanzstücke 24 verbessern die mechanische Festigkeit des Neutronenabsorberelements 18 a und lassen einen flachen Wasserspalt 25 zwischen den sich gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten 18 a ₁ und 18 a ₂, durch den ein Moderator strömen kann. Mehrere Wasser­ durchgangslöcher 26, die mit dem Wasserspalt 25 in Verbin­ dung stehen, sind in den Wänden der Mantelplatte 15 und in entsprechenden Bereichen des Neutronenabsorberelements 18 a ausgebildet. Die Wasserdurchgangslöcher 26 sind in der Regel nicht so ausgebildet, daß sie den Flügel 16 linear durchsetzen. In anderen Worten: Die Löcher 26 sind versetzt angeordnet.

Jede der Neutronenabsorberplatten in jedem der Elemente 18 a bis 18 d hat die Form einer dünnen Platte oder eines dünnen Blatts von 0,5 bis 2,00 mm Stärke und ist an der Kante ge­ krümmt, um sich entlang dem Ende des Flügels 16 zu er­ strecken. Zwischen den gekrümmten Endabschnitten des Paares von Neutronenabsorberplatten 18 a ₁ und 18 a ₂ am Ende des Flügels 16 ist eine schmale Lücke gebildet, um eine ausrei­ chende Flexibilität dieser Neutronenabsorberplatten 18 a ₁ und 18 a ₂ zu gewährleisten.

Der Neutronenabsorber 18, der in dem Reaktor-Steuerblatt 10 nach der Erfindung eingebaut ist, kann in axialer Richtung der Verbindungsstange 14 in acht Stufen oder Elementen 18 a bis 18 h abgestuft sein, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Das Neutronenabsorberelement in jeder Stufe wird durch mehrere abstützende Distanzstücke 30 abgestützt, die an der Mantel­ platte 15 in geeigneten Intervallen befestigt sind, wie Fig. 5 zeigt. Dadurch wird verhindert, daß sich die Neutro­ nenabsorberelemente 18 a bis 18 h nach oben oder nach unten bewegen.

Die Neutronenabsorberelemente 18 a bis 18 h sind so ausgebil­ det, daß der aus diesen Elementen gebildete Neutronenabsor­ ber 18 eine Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, die von dem dem Oberteil 12 benachbarten Ende zu dem dem Unter­ teil 13 benachbarten Ende hin progressiv abnimmt. Insbeson­ dere ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Neutronenabsor­ ber 18 in acht Elemente 18 a bis 18 h unterteilt, wobei jedes Element eine konstante Dicke besitzt, sich die Dicke jedoch stufenweise derart ändert, daß das am weitesten oben be­ findliche Neutronenabsorberelement 18 a neben dem Oberteil die größte Dicke und das am weitesten unten befindliche Neutronenabsorberelement 18 h neben dem Unterteil die klein­ ste Dicke besitzt. Diese abgestufte Änderung der Dicke des Neutronenabsorbers 18 bewirkt eine entsprechend abgestufte Änderung des Reaktivitätsäquivalents, das heißt der Neutronenabsorptions-Kennlinie, wie Fig. 6A zeigt.

Bei der in Fig. 6A dargestellten Anordnung besitzen sämtli­ che Neutronenabsorberelemente 18 a bis 18 h unterschiedliche Dicken, derart, daß der Neutronenabsorber 18 insgesamt eine Dickenverteilung aufweist, die in Richtung auf das dem Unterteil benachbarten Ende hin progressiv abnimmt. Dies ist jedoch nicht zwingend: Die Dickenverteilung kann auch so gewählt sein, daß mehrere benachbarte Neutronenabsorber­ elemente, zum Beispiel zwei Elemente, wie in Fig.6B gezeigt ist, gleiche Dicke besitzen, oder daß jedes einzelne Neutronenabsorberelement seine größte Dicke an dem dem Oberteil 12 zugewandten Ende aufweist, während die kleinste Dicke an seinem dem Unterteil 13 zugewandten Ende vorhanden ist, so daß der Neutronenabsorber 18 insgesamt eine im wesentlichen lineare oder angenähert lineare Änderung der Dicke aufweist, wie in Fig. 6C gezeigt ist. Man kann die Ausführungsformen nach den Fig. 6A bis 6C auch kombinieren.

Wie Fig. 8 zeigt, besitzen die Neutronenabsorberelemente 18 a bis 18 h der jeweiligen Stufen Paare von Neutronenabsor­ berblättern oder -platten 18 a ₁, 18 a ₂; 18 b ₁, 18 b ₂;... 18 h ₁, 18 h ₂, die durch Hafnium-Blätter gebildet sind. Die Neutro­ nenabsorberplatten jedes Paares sind so angeordnet, daß sie in Dickenrichtung des Flügels 16 einander gegenüberliegen. Diese Neutronenabsorberplatten jedes Paares sind durch abstützende Distanzstücke 30 voneinander beabstandet. Die Form eines Distanzstücks 30 ist in Fig. 7 dargestellt. Das Distanzstück besitzt einen scheibenförmigen Distanzab­ schnitt 30 a und axial von der Mitte des Distanzabschnitts 30 a abstehende Stückschenkel 30 b an beiden Seiten. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, dringen die Abschnittsschenkel 30 b lose in entsprechende Löcher in einander gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten 18 a ₁ und 18 a ₂ ein und sind an den Innenwand-Flächen des Mantels 15 zum Beispiel durch Schweissen befestigt.

Die in den sich gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten jedes Absorberelements gebildeten Löcher 31 besitzen einen Durchmesser, der etwas größer ist als die Stützschenkel 30 b, so daß eine Wärmeausdehnung oder -kontraktion der Neu­ tronenabsorberplatten, hervorgerufen durch eine Temperatur­ änderung, möglich ist. Die Distanzstücke 30 halten die Ab­ sorberplatten, zum Beispiel die Platten 18 a ₁ und 18 a ₂ sicher innerhalb des Mantels, während sie einen flachen Wasserspalt 25 zwischen diesen sich gegenüberliegenden Ab­ sorberplatten 18 a ₁, 18 a ₂ aufrechterhalten, um einen Modera­ tor-Fluß zu leiten. Mithin bildet der Wasserspalt 25 eine Durchflußöffnung für den Moderator. Mehrere Wasseröffnungen 26, die mit dem Wasserspalt 25 kommunizieren, sind in den Wänden des Mantels 15 und in entsprechenden Abschnitten des Absorberelements jeder Stufe des Neutronenabsorbers 18 aus­ gebildet. In der Regel sind die Wasserdurchgangslöcher 26 derart angeordnet, daß sie die Flügel 16 nicht linear durchdringen, das heißt sie sind abgestuft oder in Zick­ zack-Form angeordnet, wie Fig. 9 zeigt.

Bei dieser Ausführungsform beträgt die Dicke jedes Flügels 16 des Kernreaktor-Steuerblatts 10 etwa 8 mm, und jede Absorberplatte, aus denen sich jedes Absorberelement 18 a bis 18 h zusammensetzt, besteht aus einer metallischen Neu­ tronenabsorberplatte mit einer geringen Dicke von bei­ spielsweise 0,5 bis 2,0 mm. Mit dieser Ausbildung besitzt, wie in Fig. 6A gezeigt ist, die dem Oberteil 12 benachbarte Absorberplatte in dem Neutronenabsorberelement eine Dicke von 1,5 bis 2,0 mm, während die Neutronenabsorberplatte in dem Absorberelement neben dem Unterteil eine Dicke von 0,5 bis 1,0 mm aufweist. Die Neutronenabsorberplatte in den Zwischen-Absorberelementen besitzen Zwischen-Dicken.

Es wurde ein kritisches Experiment durchgeführt, indem ein Versuchs-Neutronenflußfallen-Steuerblatt in einen Simulator eines SWR-Kerns eingeführt wurde. Das Steuerblatt bei diesem Experiment setzte sich zusammen aus Paaren von Hafniumplatten als Neutronenabsorber, die in jedem Mantel aus rostfreiem Stahl mit einem Wasserspalt zwischen einan­ der gegenüberliegenden Hafniumplatten angeordnet wurden, wie Fig. 8 und 9 zeigen.

Die Beziehung zwischen der Wasserspalt-Breite und dem Reak­ tivitätsäquivalent erwies sich anhand des Experiments so, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Dieses Versuchsergebnis lehrt, daß eine große Neutronenfluß-Auffangwirkung selbst dann erzielt wird, wenn eine geringe Wasserspaltbreite von 2 bis 5 mm vorhanden ist. Eine weitere Dickenreduzierung der Hafniumplatte erhöht die Wasserspalt-Breite entsprechend und gestattet eine gewisse Kompensation jeglicher Reaktivitätsäquivalent-Verringerung aufgrund einer Plattendicken-Reduzierung.

Aus diesen Tatsachen ergibt sich, daß eine Gewichtsredu­ zierung des Steuerblatts erreichbar ist, während gleich­ zeitig ein hohes Reaktivitätsäquivalent beibehalten wird, wenn man die Wasserspalt-Breite dadurch vergrößert, daß man die Dicke der Hafniumplatte in den Bereichen des Steuerblatts reduziert, die nicht im oberen Bereich liegen, wo eine spezifisch große Hafniumplatten-Dicke im Hinblick auf die Verteilung der Neutronenexposition und im Hinblick auf die Reaktor-Abschaltgrenze erforderlich ist.

Fig. 10A und 10B zeigen den in Fig. 5 mit C markierten Be­ reich, wobei die Distanzstücke entfernt sind. Fig. 10B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in Fig. 10A. Man sieht, daß die Spalte 33 a, 33 b zwischen den be­ nachbarten Neutronenabsorberplatten 18 a ₁, 18 a ₂; 18 b ₁, 18 b ₂; .... 18 h ₁, 18 h ₂ aufeinanderfolgender Neutronenabsorberele­ mente 18 a, 18 b, ... 18 h, die in Axialrichtung des Steuer­ blatts 10 angeordnet sind, ausgebildet sind. Man sieht außerdem, daß die Spalte 33 a und die Spalte 33 b auf gegen­ überliegenden Seiten des Wasserspalts derart abgestuft sind, daß sie von den Neutronenabsorberplatten maskiert oder abgeschattet werden. Die Spalte 33 a und die Spalte 33 b zwischen den benachbarten Absorberelementen auf beiden Seiten des Wasserspalts sind derart versetzt oder abgestuft ausgebildet, daß diese Spalte von den Absorberplatten der gegenüberliegenden Seite des Wasserspalts abgeschattet werden, und daß die benachbarten Spalten auf beiden Seiten des Wasserspalts nicht die gleiche Füllen-Ebene einnehmen.

Fig. 12 bis 13 zeigen modifizierte Ausgestaltungen von Neu­ tronenabsorberplatten in benachbarten Absorberelementen. Bei diesen modifizierten Ausführungsformen sind die Spalte 34 a, 35 a, 36 a in der Vorderseite des Flügels so angeordnet, daß sie - betrachtet in zur Flügelebene senkrechter Richtung - die in der Rückseite des Flügels ausgebildeten Spalte 34 b, 35 b, 36 b derart schneiden, daß die Flächenbe­ reiche, in denen sich die Spalte auf der Vorderseite und der Rückseite kreuzen, minimiert sind. Durch Minimierung dieser Flächenbereiche ist es möglich, jegliche lokale Her­ absetzung des Reaktivitätäquivalents in Längsrichtung des Steuerblatts zu vermeiden. Andere Modifizierungen der Form und der Lage der Spalte zwischen benachbarten Neutronenabsorberelementen sind für den Fachmann ersichtlich.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsform des Kernreaktor-Steuerblatts erläutert wer­ den.

Eine in Fig. 15 dargestellte Kurve zeigt beispielhaft die Konzentrationsverteilung der spaltbaren Atomarten entlang der Achse des Siedewasserreaktor-Kerns, indem der Brenn­ stoff bis zu einem gewissen Maß abgebrannt ist. Da die Steuerung des Abbrands in dem Reaktorkern unterteilt ist in vier Abschnitte in Achsenrichtung des Reaktorkerns, ist es geeignet, das Steuerblatt 10 zum Regeln des Abbrands eben­ falls in vier Abschnitte oder in eine Anzahl von Abschnit­ ten zu unterteilen, die dem ganzzahligen Vielfächen von vier entspricht.

Der Abbrand des Brennstoffs erfolgt im unteren Endabschnitt des Kernreaktors vergleichsweise langsam, so daß die Kon­ zentration spaltbarer Nuklide in diesem Bereich des Kern­ reaktors groß ist. Bezeichnet man die axiale Länge des Reaktorkerns mit L, so zeigt sich in dem oberen Abschnitt oberhalb des Mittelabschnitts 2/4. L ein Phänomen, das als Erhärtung des Neutronenspektrums bekannt ist und zurückzu­ führen ist auf in diesem Abschnitt erzeugte Blasen. Als Ergebnis wird die Reaktion zur Erzeugung von Plutonium in diesem Bereich gefördert. Gleichzeitig verringern die Blasen den Fluß thermischer Neutronen, wodurch der Abbrand des Brennstoffs verzögert wird. Aus diesen Gründen zeigt der Reaktorkern für gewöhnlich das in Fig. 15 skizzierte Verteilungsmuster für spaltbare Nuklide.

Wenn das Verteilungsmuster spaltbarer Atomarten demjenigen nach Fig. 15 in dem Reaktorkern entspricht, so zeigt der Reaktorkern im Abschaltzustand eine Neutronen-Multiplika­ tionsfaktor-Verteilung entlang der Reaktorkern-Achse, wie sie durch die Kurve B in Fig. 16 skizziert ist. Im allge­ meinen gilt: Je größer der Neutronenmultiplikationsfaktor, desto kleiner die Reaktor-Abschalt-Grenze, das heißt, desto kleiner der Unterkritisch-Faktor. Die Verringerung des Multiplikationsfaktors am unteren und am oberen Ende des Reaktorkerns gemäß der Kurve B trägt zur Leckage von Neutronen in diesen Bereichen des Reaktorkerns bei.

Fig. 17 zeigt als Kurve C die Verteilung des Ausmaßes der Neutronenexposition des Kernreaktor-Steuerblatts entlang der Steuerblatt-Achse für das Steuerblatt 10. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß das Maß der Neutronenexposition in einem begrenzten Bereich einer gewissen Höhe (für ge­ wöhnlich etwa 30 cm) vom oberen Ende des Steuerblatts 10 aus drastisch ansteigt. In anderen Bereichen des Steuer­ blatts 10 verringert sich das Maß der Neutronenexposition progressiv in Richtung auf das untere Ende des Steuerblatts 10.

Das erfindungsgemäße Steuerblatt 10 ist so ausgelegt, daß eine zufriedenstellende Regelungswirkung unter der Neutro­ nenmultiplikationsfaktor-Kennlinie und der Kennlinie des Maßes der Neutronenexposition gemäß Fig. 15 und 16 erzielt wird. Das erfindungsgemäße Steuerblatt 10 ist nach dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß sein oberer Endabschnitt entsprechend 1/4.L (etwa 90 bis 95 cm) so ausgestaltet ist, daß er der lokalen Reduktion der Abschaltgrenze, die zu­ rückzuführen ist auf den Anstieg des Neutronenmultiplika­ tionsfaktors, ebenso Rechnung trägt wie der abnehmenden Tendenz der Abschaltgrenze, die zurückzuführen ist auf die drastische Zunahme des Maßes der Neutronenexposition, die im oberen Abschnitt des Reaktorkerns zu beobachten ist, wie Fig. 16 und 17 zeigen.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Neutronenabsorberelemente so ausgebildet, daß der Neutronenabsorber insgesamt von dem dem Oberteil 12 benachbarten Ende aus in Richtung auf das dem Unterteil 13 benachbarte Ende progressiv dünner wird, um so den Neutronenabsorptionseffekt entsprechend zu ver­ ringern. Es ist jedoch anzumerken, daß die Neutronenabsorp­ tionsleistung in dem Bereich von 1/4.L neben dem unteren Ende des Steuerblatts 10, das heißt vom oberen Ende des Unterteils 30 aus gerechnet, so bestimmt wird, daß sie etwas kleiner ist als diejenige in der Zone zwischen 1/4.L und 2/4.L, da in der Zone von 1/4.L der Neutronenmultipli­ kationsfaktor größer ist als in der Zone zwischen 1/4.L und 2/4.L, wie Fig. 16 zeigt, obschon das Maß der Neutronenex­ position in der Zone 1/4. L kleiner ist als das in der Zone zwischen 1/4.L und 2/4.L.

Fig. 18 zeigt eine Kurve D, die ein typisches Beispiel für das Maß der Neutronenexposition in Breitenrichtung jedes Flügels 16 darstellt. Wie aus der Kurve D ersichtlich ist, nimmt das Ausmaß der Neutronenexposition in der Zone in der Nähe des äußeren Endes des Flügels drastisch zu und nimmt im inneren Bereich neben der Verbindungsstange 14 gering­ fügig zu. Deshalb ist es möglich, eine Reaktivitäts­ äquivalent-Verteilung gemäß Fig. 19 zu erhalten, indem man die Neutronenabsorptions-Kennlinie des Neutronenabsorbers 18 in Breitenrichtung des Flügels 16 variiert.

Bei dem Kernreaktor-Steuerblatt 16 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels läßt sich die genannte Variierung der Neutronenabsorptions-Kennlinie erreichen durch Verwendung dünner Absorberplatten in jedem der Elemente 18 a bis 18 d (Fig. 2) oder 18 a bis 18 h (Fig. 5) des Langzeit-Neutronen­ absorbers 18 und durch Anordnung dieser Absorberplatten derart, daß ein flacher Wasserspalt zwischen den sich gegenüberliegenden Absorberplatten definiert wird, der als Durchlauf für den Moderator dient. Es ist mithin möglich, das Gewicht des langlebigen Neutronenabsorbers 18 in dem Flügel 16 gegenüber der Ausgestaltung zu erleichtern, bei der innerhalb des schweren Langzeit-Neutronenabsorbers kein Wasserspalt ausgebildet ist. Dies wiederum trägt zu einer Verringerung des Gesamtgewichts des Steuerblatts 10 bei, so daß ein bereits existierender Steuerstab-Antriebsmechanis­ mus eingesetzt werden kann, ohne daß dieser irgendwie modifiziert werden müßte.

Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kern­ reaktor-Steuerblatts werden im folgenden beschrieben.

Fig. 20 bis 22 zeigen eine zweite Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Kernreaktor-Steuerblatts, welches mit Ver­ stärkungsmitteln für die Flügel des Steuerblatts ausgestat­ tet ist.

Das Steuerblatt 10 A besitzt mehrere Flügel, die jeweils einen plattenähnlichen Langzeit-Neutronenabsorber 18 A be­ sitzen, der sich zusammensetzt aus Paaren einander gegen­ überliegender Neutronenabsorberplatten oder -blätter 38 a und 38 b, die mit Hilfe von punktförmigen Distanzstücken 39 in Abstand voneinander und aneinander gehalten werden. Die Neutronenabsorberplatten sind an ihren dem äußeren Ende des Flügels entsprechenden Endabschnitten an einer gemeinsamen Verbindungsstange 40 festgelegt, wodurch eine hohe mechani­ sche Festigkeit und Stabilität sichergestellt ist.

Im allgemeinen nehmen die äußeren Endabschnitte der Neutro­ nenabsorberplatten 38 a, 38 b eine größere Menge von Neutronenexposition auf als die anderen Abschnitte. Die zwischen diesen Endabschnitten der Absorberplatten ange­ ordnete Verbindungsstange 40 erhöht wirksam die Reaktivi­ tät. Die anderen Enden der Neutronenabsorberplatten 38 a und 38 b, das heißt, die der mittleren Verbindungsstange 14 zu­ gewandten Enden, sind so gekrümmt, daß sie einander annähern, jedoch voneinander beabstandet bleiben, um jeg­ liche Wärmeausdehnung der Neutronenabsorberplatten 38 a und 38 b auszugleichen.

Andere Teile bei dieser Ausführungsform sind im wesentli­ chen die gleichen wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 4 und sind hier mit entsprechenden Bezugszeichen ver­ sehen.

Fig. 23 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Kernreaktor-Steuerblatts. Das Steuerblatt 10 B be­ sitzt mehrere Flügel, von denen jeder aus einem Mantel 15 und einem Neutronenabsorber 18 B innerhalb des Mantels be­ steht. Der Neutronenabsorber 18 B besitzt Paare von Neutro­ nenabsorberplatten oder -blättern 41 a und 41 b, von denen jede durch Biegen einer Hafniumplatte zu einer tiefen U- Form gebildet ist. Die Absorberplatten 41 a und 41 b sind in dem Mantel 15 derart aufgenommen, daß ihre offenen Enden einander gegenüberliegen, und zwar unter Zwischenschaltung eines Versteifungsteils 42, das gleichzeitig als Distanz­ stück dient. Der Raum zwischen den beiden Wänden jeder U- förmig gebogenen Absorberplatte bildet einen Wasserspalt 25, der als Durchgang für einen Moderator-Strom dient. Der Wasserspalt 25 wird definiert durch Stufen an dem Verstei­ fungsteil 42, an denen die benachbarten Enden der beiden Wände der Absorberplatte 41 ruhen, oder durch ein gewelltes Blatt 43, das vorzugsweise aus einem langlebigen neutronen­ absorbierenden Material, zum Beispiel Hafnium, besteht. Vorzugsweise befindet sich das gewellte Blatt 43 aus lang­ lebigem Absorbermaterial in dem radial außen liegenden Ab­ schnitt des Flügels 16.

Fig. 24 zeigt eine vierte Ausführungsform des Steuerblatts nach der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform besitzt das Steuerblatt 10 C einen Langzeit-Neutronenabsorber 18 C, der in dem Mantel 15 jedes Flügels 16 aufgenommen ist und sich zusammensetzt aus mehreren Neutronenabsorberplatten 46, die jeweils aus einer langlebigen Neutronenabsorberplatte bestehen, die zu einer tiefen U-Form gebogen ist. Die sich gegenüberliegenden Wände dieser Neutronenabsorberplatte 46 definieren zwischen sich einen Wasserspalt 25 zum Führen des Moderatorstroms. Insbesondere besteht die Absorberplatte 46 aus einer Hafniumplatte, und deren beide Wände sind etwa im Mittelbe­ reich über die Breite des Flügels 16 konvex nach innen gebogen. Die nach innen gerichteten konvexen Abschnitte 46 a, 46 b dienen dazu, den Wasserspalt 25 zu definieren und leisten jegliches Expositionswachstum des Neutronenabsor­ bers bei Neutronenexposition. Die Enden der beiden Wände der Neutronenabsorberplatte 46 am offenen Ende der Platte sind verjüngt ausgebildet, so daß der Abstand zwischen den beiden Wänden allmählich in Richtung auf die mittlere Ver­ bindungsstange 14 zunimmt, um in Eingriff zu kommen mit abgeschrägten Oberflächen am Ende des zugehörigen Vor­ sprungs an der mittleren Verbindungsstange 14.

Fig. 25 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Kernreaktor- Steuerblatts gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungs­ form des Steuerblatts 10 D nimmt der Mantel 15 jedes Flügels 16 ein Versteifungselement 47 und einen Langzeit-Neutronen­ absorber 18 D auf jeder Seite des Versteifungselements 47 auf. Jeder Neutronenabsorber 18 D setzt sich zusammen aus einem Paar von Neutronenabsorberplatten oder -blättern 48 a und 48 b, die so angeordnet sind, daß sie einander gegen­ überliegen, und die an beiden Enden nach innen gebogen sind, so daß zwischen ihnen ein Spalt 25 für einen Modera­ tor gebildet wird. Die Biegungen der Absorberplatten sind an Teilen ausgebildet, an denen das Ausmaß der Neutronenex­ position hoch ist, so daß effektive Dicke des Neutronenab­ sorbers und mithin das Reaktivitätsäquivalent (Neutronenabsorptions-Kennlinie) wirksam in diesen Abschnitten erhöht ist. Die Länge, über die die Absorberplatte 78 b im radial äußeren Abschnitt gebogen ist, beträgt vorzugsweise 1 cm bis 3 cm.

Fig. 26 zeigt eine sechste Ausführungsform des Kernreaktor- Steuerblatts nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform besitzt das Steuerblatt 10 E in jedem Mantel 15 jedes Flügels 16 einen Langzeit-Neutronenabsorber, der aus einem Paar plattenförmiger Absorberplatten oder -blättern 49 besteht, von denen jede zu einer tiefen U-Form gebogen ist. Diese Absorberplatten 49 sind in den Mantel 15 derart angeordnet, daß sich ihre offenen Enden einander gegenüber­ liegen. Eine der Wände jeder Platte 49 erstreckt sich an deren offenen über die andere Wand und ist über diese umge­ bogen, wodurch ein Wasserspalt 25 zwischen zwei Wänden der Platte 49 gebildet wird, während eine Grenze für die Expo­ sitionszunahme bei Neutronenexposition gegeben wird.

Fig. 27 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Kernreaktor-Steuerblatts. Das Steuerblatt 10 F besitzt ein Versteifungselement 50 in dem Mantel 15 jedes Flügels 16, sowie einen Langzeit-Neutronenabsorber 18, der auf jeder Seite des Versteifungselements 15 angeordnet ist. Jeder Neutronenabsorber 18 F setzt sich zusammen aus einem Paar einander gegenüberliegender Absorberplatten 51 a und 51 b, derart, daß zwischen ihnen ein Wasserspalt 25 definiert wird.

Jede der Neutronenabsorberplatten 51 a und 51 b ist an einem ihrer Enden etwas umgebogen und am anderen Ende sehr stark umgebogen, wobei das stark umgebogene Ende jeder Platte das leicht umgebogene Ende der anderen Platte umgreift. Die Biegungen der beiden Neutronenabsorberplatten 51 a und 51 b dienen dazu, den Wasserspalt 25 zwischen diesen Platten einzugrenzen, während eine Grenze für die Zunahme der Neu­ tronenabsorberplatte bei Neutronenexposition geschaffen wird.

Bei den oben beschriebenen zweiten bis siebten Ausführungs­ beispielen ist der Neutronenabsorber in Axialrichtung der mittleren Verbindungsstange unterteilt in mehrere Neutro­ nenabsorberelemente, die jeweils derart angeordnet sind, daß ein Spalte 25 zum Leiten des Moderatorstroms zwischen einander gegenüberliegenden Wänden und gegenüberliegenden Platten des Absorbermaterials definiert ist. Folglich reduziert sich das Gewicht des Neutronenabsorbers um die­ jenige Menge, die dem Volumen des Spalts entspricht, wo­ durch das Gewicht des Steuerblatts insgesamt wirksam redu­ ziert wird, mit der Folge, daß das Steuerblatt durch exi­ stierende Steuerstab-Antriebsmechanismen gehandhabt werden kann, ohne daß diese Antriebsmechanismen irgendwie modifi­ ziert werden müßten.

Da der Moderator durch den Wasserspalt zwischen den Neu­ tronenabsorbern strömen kann, wird die Reaktivität erhöht, was ermöglicht, die Masse des Neutronenabsorbers zu redu­ zieren. Weiterhin können die Neutronenabsorberelemente wirksam an solchen Stellen positioniert werden, an denen die Anordnung des Neutronenabsorbers bedeutsam ist im Hin­ blick auf die Abschaltgrenze des Reaktors. Somit ist es möglich, die Reaktivität wirksam zu erhöhen, während gleichzeitig die Abschaltgrenze des Reaktors verbessert wird.

Fig. 28 bis 31 zeigen achte bis elfte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuerblatts.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 28 besitzt das Steuer­ blatt 10 G einen Neutronenabsorber 18 in jedem Flügel, der Neutronenabsorber 18 besteht zum Beispiel aus Hafnium­ metallplatten und ist in axialer Richtung in mehrere Ele­ mente unterteilt, von denen ein Element 18 A dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Absorberelement 18 A in zwei Abschnitte unterteilt: Einen inneren Abschnitt, der sich aus einander gegenüberliegenden Neutronenabsorberplat­ ten 18Aa zusammensetzt, und einem äußeren Abschnitt, der sich aus einander gegenüberliegenden Neutronenabsorberplat­ ten 18Ab zusammensetzt, wobei die Abschnitte in Breiten­ richtung des Flügels, das heißt in radialer Richtung des Steuerblatts, angeordnet sind. Die Neutronenabsorberplatten 18Aa sowie die Platten 18Ab liegen einander in Dickenrich­ tung des Flügels 16 gegenüber und definieren dadurch einen Wasserspalt 25 zum Leiten des Durchflusses eines Modera­ tors. Man sieht, daß die Breite des Spalts 25 sich abge­ stuft in Breitenrichtung des Flügels 16 ändert, da die Absorberplatten 18 Aa im inneren Abschnitt eine geringere Dicke aufweisen als die Absorberplatten 18 Ab im äußeren Abschnitt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 29 besitzt das Steuer­ blatt 10 H in jedem Flügel mehrere Neutronenabsorberelemente 18 B, bestehend aus einem Paar einander gegenüberliegender Neutronenabsorberplatten oder -blätter 18 Ba, deren Dicke progressiv am radialen Ende des Flügels 16 zur mittleren Verbindungsstange 14 hin abnimmt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 30 besitzt das Steuer­ blatt 10 I in jedem Flügel einen Neutronenabsorber 18, der in axialer Richtung in mehrere Elemente 18 C unterteilt ist, die ihrerseits in Breitenrichtung weiter unterteilt sind in einen inneren Abschnitt, der aus Neutronenabsorberelementen 18 Ca besteht, und einem äußeren Aschnitt, der aus Neutro­ nenabsorberelementen 18 Cb besteht. Um zu vermeiden, daß zwischen den inneren und äußeren Abschnitten irgendein Spalt gebildet wird, sind an den Enden der Absorberplatten oder -blättern 18 Cb benachbart zum inneren Abschnitt Ein­ griffsstufen 55 ausgebildet, so daß die Enden der Absorber­ platten oder -blätter 18 Ca am inneren Abschnitt in die Ein­ griffsstufen 55 eingreifen. Solche Eingriffsstufen können an den Absorberplatten sowohl der inneren als auch der äußeren Abschnitte gebildet sein. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, eine Leckage von Neutronen aus dem Grenz­ bereich zwischen den beiden Abschnitten zu vermeiden, da die Neutronenabsorberplatten 18Ca des inneren Abschnitts und die Platten 18Cb des äußeren Abschnitts sich teilweise überlappen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 31 besitzt das Steuer­ blatt 10 J ein Neutronenabsorberelement 18 D in jedem seiner Flügel 16. Das Absorberelement 18 D setzt sich aus drei Neu­ tronenabsorberplatten oder -blättern 18 Da, 18 Db und 18 Dc zusammen, die in Dickenrichtung des Flügels 16 angeordnet sind. Diese Platten 18 Da, 18 Db und 18 Dc werden durch Distanzstücke 56 zusammengehalten, wobei die Distanzstücke Spalte 25 zwischen jeweils benachbarten Neutronenabsorber­ platten bilden.

Fig. 32 zeigt eine zwölfte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Kernreaktor-Steuerblatts. Das Steuerblatt 10 K be­ sitzt einen Neutronenabsorber 18 E in jedem seiner Flügel 16. Der Neutronenabsorber 18 E ist in axialer Richtung in mehrere Elemente 18 Ea, 18 Eb, 18 Ec und so fort eingeteilt, von denen jedes aus einander gegenüberliegenden Absorber­ platten oder -blättern besteht. Bei dieser Ausführungsform sind die Absorberplatten der benachbarten Elemente teil­ weise an ihren benachbarten Enden durch Stufen, die in bei­ den oder einem der Elemente ausgebildet sind, überlappt. Beispielsweise sind die Absorberplatten in dem obersten Absorberelement 18 Ea an ihren dem nächsten Element 18 Eb be­ nachbarten Enden mit Stufen 57 ausgestattet, die in Stufen 58 passen, die an den benachbarten Enden der Absorberplat­ ten des Elements 18 Eb ausgebildet sind. Die Absorberplatten des Neutronenabsorberelements 18 Eb sind an ihren anderen Enden mit Stufen 59 ausgebildet, damit diese die benachbar­ ten Enden der Absorberplatten oder -blätter des nächsten Elements 18 Ec überlappen. In dem Element 18 Ec ist an den Enden der Absorberplatten, die dem Element 18 Eb benachbart sind, keine Stufe gebildet, da die Dicke der Absorberplat­ ten oder -blätter im Element 18 Ec kleiner ist als die im Element 18 Eb. Die Formen und Anordnungen der Stufen gemäß Fig. 32 haben lediglich beispielhaften Charakter und können in geeigneter Weise modifiziert werden.

Im folgenden soll eine Ausführungsform eines Kernreaktor- Steuerblatts gemäß der Erfindung beschrieben werden, bei dem Anti-Riß-Maßnahmen getroffen sind, um einer elektroche­ mischen Korrosion vorzubeugen.

Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht des mit Anti-Riß- Mitteln versehenen Steuerblatts, während Fig. 34 eine Seitenansicht des Steuerblatts ist, wobei der Flügel auf der rechten Seite teilweise geschnitten ist.

Das Steuerblatt 100 besitzt ein Oberteil 102 mit einer Handhabe 101, ein Unterteil 103 und eine mittlere Verbin­ dungsstange 104 mit kreuzförmigem Querschnitt, die das Oberteil 102 mit dem Unterteil 103 verbindet. Ein Mantel 105 mit U-förmigem Querschnitt ist an jedem Vorsprung der mittleren Verbindungsstange 102 befestigt. Jeder Mantel nimmt einen langlebigen plattenförmigen Neutronenabsorber 106 auf, der typischerweise aus einer Hafniumplatte gebildet ist. Der Mantel 105 und der in ihm aufgenommene Langzeit-Neutronenabsorber bilden einen Flügel 107. Mithin weist das Steuerblatt 100 vier Flügel 107 auf.

Wie aus Fig. 35 ersichtlich ist, enthält der Neutro­ nenabsorber 106 Neutronenabsorberplatten 106 a in Form rechtwinkliger Blätter, die einander in Dickenrichtung des Flügels 107 gegenüberliegend angeordnet sind. Diese einan­ der gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten 106 a sind durch Distanzstücke 108 derart voneinander beabstandet, daß zwischen ihnen ein Spalt 110 zum Leiten eines Moderator­ stroms definiert wird.

Wie Unterlagscheiben ausgebildete Abstandhalter 109 sind auf beiden Seiten jedes Distanzstücks 108 angeordnet, so daß ein Wasserdurchgang 111 vorbestimmter Breite zwischen der Außenfläche jeder Neutronenabsorberplatte 106 a und der benachbarten Innenwand des Mantels 105 gebildet wird.

Gleichzeitig sind Wasserdurchgangsräume 112 a zwischen den Seitenflächen der Neutronenabsorberplatten 106 a neben der mittleren Verbindungsstange 104 und der gegenüberliegenden Fläche der mittleren Verbindungsstange 104 gebildet. Diese Wasserdurchgangsräume 112 a sind zum Beispiel dadurch gebil­ det, daß die Kanten des Vorsprungs der Verbindungsstange 104 abgefast sind, wie bei 104 a gezeigt ist. Die Quer­ schnittsflächen der Wasserdurchgangsräume 102 a und mithin der Kühleffekt läßt sich dadurch erhöhen, daß man auch die Kanten der Absorberplatten 106 a abfast, wie bei 113 a gezeigt ist.

Die Seitenflächen des Oberteils 102 und des Endteils 103 sind ebenfalls abgefast, wie bei 104 a gezeigt ist, so daß Wasserdurchgangsräume 112 a zwischen diesen abgefasten Flächen und den gegenüberliegenden Seitenflächen der Ab­ sorberplatten 106 a gebildet werden.

Vorzugsweise sind außerdem Wasserdurchgangsräume 112 b zwi­ schen der Innenseite des Mantels 105 und den Neutronenab­ berplatten 106 a im äußeren Endabschnitt des Flügels 107 ge­ bildet. Diese Wasserdurchgangsräume 112 b sind gebildet durch Abfasen der Abschnitte der Absorberplatten 106 a im Endbereich des Flügels 107, wie bei 113 b gezeigt ist.

Man kann die Anordnung auch so ausgestalten, daß die Ab­ fasung 113 b sich über den gesamten Umfang jeder Neutronen­ absorberplatte 106 a erstreckt, so daß die Wasserdurchgangs­ räume 112 a zwischen der abgefasten Umfangskante der Absor­ berplatte 106 a und den gegenüberliegenden Flächen der mitt­ leren Verbindungsstand 104, des Oberteils 102 und des Unterteils 103 gebildet werden.

Die Konstruktion zum Befestigen der Neutronenabsorberplat­ te 106 a soll im folgenden anhand der Fig. 36 und 27 erläutert werden. Wie zuvor erwähnt, sind zwei Neutronen­ absorberplatten 106 a in jedem Mantel 105 derart angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen und mittels der abstützen­ den Distanzstücke 108 in einem vorbestimmten Abstand von­ einander gehalten werden. Jedes Abstütz-Distanzstück 108 besitzt einen Distanzabschnitt 117, der mit einander gegen­ überliegenden Absorberplatten 106 a in Eingriff kommt, um eine vorbestimmte Lücke zwischen den Platten zu definieren, und Lagerschenkel 118, die von den Mittelbereichen beider Enden des Distanzabschnitts 117 abstehen. Beide Stirnseiten des Distanzabschnitts 117 sind mit Wasserdurchgangsnuten 119 ausgestattet, die man am besten in Fig. 37A erkennt. Die Lagerschenkel 118 sind durch Schweißen in Montage­ löchern festgelegt, die in den Wänden des U-förmigen Mantels 105 ausgebildet sind. Da das Distanzstück 108 und der Mantel 105 jedoch aus dem gleichen rostfreien Stahl bestehen, und da eine Oberflächenendbehandlung nach dem Schweißen erfolgt, treten keine Schweißnähte auf der Außen­ seite des Mantels 105 in Erscheinung. An den Lagerschenkeln 118 sind unterlagscheibenähnliche Abstandshalter 109 ange­ ordnet, die mit beiden Absorberplatten 106 a in Eingriff kommen. Die Lagerschenkel 118 des Distanzstücks 108 dringen lose in Löcher 120 der Absorberplatten 106 a ein und passen in die erwähnten Montagelöcher 121, die in den Wänden des Mantels 105 ausgebildet sind. Die Lagerschenkel 118 werden dann mit dem Mantel von der Außenseite des Mantels 105 her verschweißt.

Der Distanzabschnitt 117 des Distanzstücks 108 dient dazu, einen Wasserspalt 110 zwischen einander gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten 106 a zu erhalten, während die den Unterlagscheiben ähnlichen Abstandsglieder 109 dazu dienen, Wasserdurchgänge 112 bestimmter Breite zwischen den Außen­ seiten der beiden Absorberplatten 106 a und den benachbarten Innenseiten des Mantels 105 zu erhalten. Vorzugsweise sind die Oberflächen der wie Unterlagscheiben ausgebildeten Ab­ standsglieder 109 mit Wasserdurchgangsnuten 119 a ausgestat­ tet, wie es bei dem Distanzstück 108 der Fall ist.

Im folgenden werden Arbeitsweise und Vorteile dieser Aus­ führungsform erläutert. Das als Moderator dienende Reaktor­ wasser wird in jedes der Mantel-Durchgangslöcher 122 a, 122 b, die in den Wänden des Mantels gebildet sind, wie Fig. 34 zeigt, eingelassen. Dann strömt das Wasser durch den Wasserspalt 110 und die Wasserdurchgänge 111, wobei das Wasser die in den Neutronenabsorberplatten 106 a erzeugte Wärme abführt. Das Reaktorwasser wird auch in den Wasser­ durchgangsräumen 112 a, die zwischen den Absorberplatten 106 a und den benachbarten Bauteilen des Steuerblatts gebil­ det sind, ausreichend verteilt, und das Wasser wird eben­ falls ausreichend verteilt in den Wasserdurchgangsräumen 112 b, die zwischen den Absorberplatten 106 a und der Innen­ seite des Mantels 105 im äußeren Endabschnitt des Flügels 107 gebildet sind. Demzufolge gibt es keine Wasserstauungen oder Toträume, in denen Wasser stehenbleibt. Es erfolgt eine durchgehende Wasserströmung über den gesamten Bereich des Steuerblatts, so daß jegliche lokale Erhitzung der Neu­ tronenabsorberplatten 106 a und des Mantels 105 vermieden wird. Die Distanzstücke 108 sind mit Wasserdurchlaufnuten 119 versehen, so daß das Reaktorwasser entlang den Ober­ flächen der Distanzstücke 108, die die Absorberplatten 106 a berühren, fließen kann, wodurch eine Überhitzung der Distanzstücke 108 verhindert wird.

Bei dieser Ausführungsform wird die Kühlung des Reaktor­ wassers sichergestellt durch die Wasserdurchgänge 111, die zwischen den Außenseiten der Absorberplatten 106 a und den benachbarten Innenwänden des Mantels 105 gebildet sind, sowie durch die Wasserdurchgangsräume 112 a, die entlang den Seitenflächen der Absorberplatten 106 a gebildet sind, wobei die Durchgänge 112 a und 111 zusätzlich zu dem Wasserspalt 110 zwischen den Neutronenabsorberplatten 106 a zur Verfü­ gung stehen. Dies beseitigt wirksam jegliches Risiko, daß der Mantel 105 und die Neutronenabsorberplatten 106 a durch lokale Überhitzung beschädigt werden können.

Die Bestandteile wie beispielsweise der Mantel 105, die Neutronenabsorberplatten 106 a und die mittlere Verbindungs­ stange 104 sind voneinander durch den Wasserspalt 110, die Wasserdurchgänge 112 und die Wasserdurchgangsräume 112 a be­ abstandet. Deshalb kann das Risiko, daß diese Bauteile auf­ grund direkter Berührung unterschiedlicher Metalle elektro­ chemisch korrodieren, praktisch vollständig ausgeräumt werden, so daß das Kernreaktor-Steuerblatt lange Zeit hin­ weg in gesundem Zustand arbeiten kann.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Kernreaktor-Steuer­ blatt beschrieben, bei dem Anti-Riß-Maßnahmen vorgesehen sind. Die Beschreibung erfolgt anhand der Fig. 38.

Bei dieser Ausführungsform sind mehrere Grübchen 123 in der Wand des Mantels 105 ausgebildet, so daß die Rückseite dieser Grübchen nach innen in den Mantel 105 vorstehen. Die Enden der durch die Grübchen gebildeten Vorsprünge berühren die benachbarte Oberfläche der Neutronenabsorberplatte 106 a, damit diese Fläche der Platte 106 a von der Innenseite des Mantels 105 beabstandet bleibt und dadurch ein Wasser­ durchgang 111 vorbestimmter Breite zwischen Mantel und Platte gebildet wird. Der gleiche Effekt wird dadurch er­ reicht, daß man die Grübchen in der Neutronenabsorberplatte 106 a derart ausbildet, daß die Rückseite der Grübchen zur Außenseite hin vorsteht und in Berührung gelangt mit der Oberfläche des Mantels. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht nötig, irgendein spezielles Teil zu verwenden, welches die Breite der Wasserdurchgänge 112 einstellt, wie es zum Beispiel das ähnlich wie eine Unterlagscheibe ausge­ bildete Abstandselement 109 (Fig. 35) beim zuvor beschrie­ benen Ausführungsbeispiel tut, so daß die Arbeit zum Her­ stellen der Abstandselemente sowie deren Einbau in den Flügel 107 entfällt.

Die in den Fig. 34 bis 38 gezeigten Kernreaktor-Steuerblät­ ter haben folgende Vorteile:

Solche Steuerblätter ermöglichen es dem Reaktorwasser, glatt durch sämtliche möglichen Staustellen zu fließen, ohne daß Toträume für das Wasser gebildet werden; dies wird erreicht durch die Wasserdurchgänge 111 zwischen den Außen­ seiten der Neutronenabsorberplatten 106 a und den Innensei­ ten des Mantels 105, sowie durch die Wasserdurchgangsräume 112 a und 112 b, die zwischen den Seitenflächen der Absorber­ platten 106 a und den benachbarten Oberflächen der mittleren Verbindungsstange 104, des Oberteils 102 und des Unterteils 103 gebildet werden. Folglich findet ein Wärmeaustausch ohne jegliche Behinderung in denjenigen Bereichen statt, in denen die Wärme als Folge der Neutronenabsorption erzeugt wird. Jegliche Beschädigungen des Mantels aufgrund lokaler Überhitzung werden vermieden.

Darüber hinaus dienen die Wasserdurchgänge 111 dazu, die Außenflächen der Neutronenabsorberplatten 106 a von den Innenflächen des Mantels 105 fernzuhalten, während die Was­ serdurchgangsräume dazu dienen, eine direkte Berührung zwi­ schen den Absorberplatten und den sie umgebenden Teilen zu vermeiden. Dadurch werden jegliche Risiken einer elektro­ chemischen Korrosion aufgrund einer direkten Berührung unterschiedlicher Metalle verhindert, so daß das Steuer­ blatt über lange Zeit hinweg stabil und sicher arbeitet.

Im folgenden soll eine Ausführungsform eines Kernreaktor- Steuerblatts beschrieben werden, bei der Anti-Riß-Maßnahmen sowie Anti-Erdbeben-Maßnahmen getroffen sind. Dieses in Fig. 39 dargestellte Ausführungsbeispiel weist die gleichen Bezugszeichen für entsprechende Teile auf wie das in den Fig. 33 bis 37 dargestellte Steuerblatt 100.

Der allgemeine Aufbau des in Fig. 39 gezeigten Steuerblatts 100 A ist ähnlich wie der des Steuerblatts 100, das oben be­ schrieben wurde. Bei dem Steuerblatt 100 A ist ein zum Bei­ spiel aus einem Hafniumblatt gebildeter langlebiger Neutronenabsorber 130 in dem Mantel 105 untergebracht und in mehrere Stufen oder Neutronenabsorberelemente 130 a entlang der mittleren Verbindungsstange 104 unterteilt. Das Neutronenabsorberelement 130 a jeder Stufe setzt sich aus einer Mehrzahl, zum Beispiel zwei, Neutronenabsorberplatten 130 b zusammen, die derart angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen und einstückig über mehrere Distanzstücke 108 a verbunden sind. Ein Wasserspalt 110, durch den ein Moderator strömen kann, wird zwischen den gegenüberliegen­ den Absorberplatten 130 b gebildet. In den Wänden des Man­ tels 105 jedes Flügels 107 sind Ausnehmungen 131 gebildet, die sich senkrecht zur Achse des Mantels 105 erstrecken. Wie aus den Fig. 39 und 40 ersichtlich, ist jede der Aus­ nehmungen 131 dadurch gebildet, daß die Wand des Mantels 105 entlang einer sich in Breitenrichtung des Flügels 107 erstreckenden Linie nach innen gedrückt ist, so daß die Innenseite des Mantels in einen Spalt d vorsteht, der zwischen den Absorberplatten 130 b benachbarter Absorber­ elemente 130 a gebildet ist.

Es sei hier angenommen, daß jeder Flügel 107 in axialer Richtung in drei Zonen unterteilt sei: Eine oberste, erste Zone, eine Zwischen- oder zweite Zone und eine unterste, dritte Zone. Die Ausnehmungen 131 sind so geschaffen, daß mindestens eine Ausnehmung 131 am oberen Ende der zweiten Zone gebildet ist und sich senkrecht zu der Achse er­ streckt, das heißt in Breitenrichtung des Flügels. Jede Ausnehmung 131 ist so gebildet, daß sie eine Verbindung zwischen einer Kerbe 132 a am äußeren Ende jedes Flügels 107 und einer Kerbe 132 b in dem Abschnitt des Mantels bildet, in dem der Mantel mit der zentralen Verbindungsstange ver­ bunden ist.

Fig. 41 veranschaulicht ein Verfahren zu 46787 00070 552 001000280000000200012000285914667600040 0002003721627 00004 46668m Herstellen des Mantels 105 mit den Ausnehmungen 131. Ein glattes Blatt 105 a des späteren Stahl-Mantels, im entwickelten Zustand, wird an seinen beiden Kanten bei 132 a mit Kerben versehen, sowie mit einer öffnung 132 b. Dann wird durch geeignete mechanische Verarbeitung das Blatt 105 a entlang den Biegelinien B 1-B 1, die die Kerben 132 a und die Öffnung 132 b verbinden, gebogen, wodurch die Ausnehmung 131 gebildet wird. Der Biegevorgang wird erleichtert durch das Vorhandensein der Kerben 132 b auf beiden Seiten des Blatts 105 a sowie durch die mittlere öffnung 132 a. Dann wird das Blatt 105 a entlang einer vertikalen Linie C 1 gebogen, die durch die Öffnung 132 a läuft, so daß das Blatt U-Form erhält, so daß ein tief gebogener, U-förmiger Mantel 105 entsteht. Der so gebildete U-förmige Mantel 105 mit den Ausnehmungen 131 wird an dem entsprechenden Vorsprung der mittleren Verbindungsstange 104 zum Beispiel durch Punkt­ schweißen befestigt, wie Fig. 40 zeigt. In diesem Zustand ist die Ausnehmung 131 derart positioniert, daß die der Ausnehmung entsprechende Rückseite der Absorberplatte in einen Spalt d vorspringt, der zwischen benachbarten Absor­ berplatten 130 b benachbarter Absorberelemente 130 a gebil­ det ist. Um einen glatten Moderator-Strom in den Mantel 105 hinein und aus ihm heraus zu erhalten, sind mehrere Wasser­ durchgangslöcher 133 an vorbestimmten Abschnitten des Man­ tels 105 gebildet, wie Fig. 39 zeigt.

Da bei dieser Ausführungsform Ausnehmungen senkrecht zur Achse jedes Flügels verlaufen und in den Wänden des Mantels ausgebildet sind, derart, daß die Innenseiten des Mantels nach innen vorstehen, wird einer unerwünschten Expansion des Mantels nach außen selbst dann vorgebeugt, wenn extrem starke Biegebeanspruchungen auf das Steuerblatt einwirken und/oder übermäßige Beanspruchungen aufgrund starker Be­ schleunigung in axialer Richtung entstehen, was zum Beispiel bei einem Erdbeben der Fall ist. Es wird also eine sichere Bewegung der Steuerblätter gewährleistet, selbst wenn ein starkes Erdbeben stattfindet. Wenn nämlich eine starke äußere Kraft auf die Steuerblätter einwirkt, was zum Beispiel bei einem Erdbeben der Fall ist, hat die auf den Mantel 105 übertragene Kraft die Neigung, den Mantel zu verformen. Bei dieser Ausführungsform wird die Kraft jedoch durch die Expansion oder Kontraktion der Mantelwand entlang der linienförmigen Ausnehmungen absorbiert, so daß jegliche Auswärtsverformung der Mantelwand vermieden wird. Man sieht, daß die nach außen erfolgende Verformung des Mantels ein ernsthaftes Problem insoweit darstellt, als die Bewe­ gung des Steuerblatts aufgrund mechanischer Hindernisse zwischen dem Mantel des Steuerblatts und den das Steuer­ blatt umgebenden Kernbrennstoff-Einrichtungen verhindert wird. Das Verhindern der nach auswärts erfolgenden Verfor­ mung des Mantels bietet daher einen großen Vorteil im Hin­ blick auf die Betriebssicherheit.

Wie erwähnt, tritt der Vorteil der Ausnehmung 131 dann in Erscheinung, wenn die Ausnehmung in der zweiten der drei Zonen entlang der Achse des Flügels 107 ausgebildet ist. Dies deshalb, weil die Verformung des Blatts, hervorgerufen durch die Beanspruchung des Steuerblatts 110 A durch bei­ spielsweise ein Erdbeben, in der zweiten Zone, das heißt im axialen Mittelbereich des Steuerblatts 100 A, die größte ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Spalt d zur Auf­ nahme des Innenvorsprungs, der durch die linienförmige Aus­ nehmung 131 gebildet wird, durch eine axiale Diskonituität des Neutronenabsorbers lediglich in der zweiten Zone des Flügels 107 vorgesehen, während der Neutronenabsorber in der oberen, ersten Zone des Flügels, die der größten Neutronenexposition ausgesetzt ist, ohne Diskontinuitäten ausgebildet ist. Dies wiederum gewährleistet einen ausrei­ chend großen Wert für die Reaktorabschaltgrenze. Die linienförmige Ausnehmung 131 in der unteren, dritten Zone des Flügels ist nicht so bedeutsam, da diese untere Zone lediglich geringe externe Kräfte im Vergleich zu der zwei­ ten Zone aufnehmen muß. Die Anzahl und die Stellen der linienförmigen Ausnehmungen 131 in der zweiten Zone lassen sich in geeigneter Weise bestimmen, indem man Faktoren wie die Belastungsbedingung in Betracht zieht.

Es ist auch möglich, die Steifigkeit des Blatts dadurch zu steuern, daß man den Entwurf so gestaltet, daß die Stellen der linienförmigen Ausnehmungen entsprechend den Flügeln 107 variiert werden. Es ist ferner möglich, die linienför­ migen Nuten auf beiden Seiten jedes Flügels 107 an unter­ schiedlich hohen Stellen oder axialen Positionen auszubil­ den, wie es in Fig. 43 gezeigt. ist. Der bei einem solchen Flügel verwendete Mantel kann durch das gleiche Herstel­ lungsverfahren hergestellt werden, wie es oben in Verbin­ dung mit Fig. 41 erläutert wurde, obschon die Öffnung 132 a, die für die Kerbe am äußeren Ende des Flügels vorgesehen ist, eine vertikal längliche Form aufweist.

Fig.44 ist eine Schnittansicht eines Flügels, den man erhält, indem man das rohe Blatt 105 a nach Fig. 43 zu einer tiefen U-Form biegt, um einen Mantel zu erhalten und den so erhaltenen Mantel an der mittleren Verbindungsstange fest­ legt, während in den Mantel der Neutronenabsorber 130 b auf­ genommmen ist. In diesem Fall sind die Lücken d von etwa 10 mm zwischen benachbarten Neutronenabsorberplatten 130 b an beiden dickenseitigen Enden des Flügels gebildet und in Höhenrichtung gegeneinander versetzt, so daß jede Lücke D von der gegenüberliegenden Absorberplatte 130 a abgeschattet oder maskiert wird.

Der Aufbau nach Fig. 44 bietet im Gegensatz zu dem Aufbau nach Fig. 42, bei dem die linearen Ausnehmungen auf beiden Seiten des Flügels auf gleicher Höhe angeordnet sind, den Vorteil, daß Neutronenflüsse durch jeden Spalt d wirksam durch die gegenüberliegende Neutronenabsorberplatte 130 b maskiert werden und somit eine lokale Herabsetzung des Reaktivitätswerts an der Stelle des Spalts d vermieden wird. Dadurch läßt sich einer Herabsetzung der Reaktorab­ schaltgrenze vorbeugen.

Vorzugsweise sind die Ecken der Absorberplatten 130 b, die den Vorsprüngen auf der Rückseite der Ausnehmungen 133 gegenüberliegen, abgefast, wie in den Fig. 42 und 44 zu sehen ist, damit die Aufbringung lokaler Beanspruchungen auf die Biegeabschnitte vermieden wird.

Fig. 45 bis 48 zeigen modifizierte Formen der Kernreaktor- Steuerblätter, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 39 be­ schrieben wurden. In diesen Figuren trägt das Steuerblatt 100 B im wesentlichen die gleichen Bezugszeichen wie beim obigen Ausführungsbeispiel des Steuerblatts 100 A nach Fig. 39, wobei hier auf eine Beschreibung gleicher Teile ver­ zichtet wird.

Das Kernreaktor-Steuerblatt 100 B besitzt einen Mantel 105, der einen Langzeit-Neutronenabsorber 130 aufnimmt, welcher in axialer Richtung der mittleren Verbindungsstange in mehrere Elemente unterteilt ist. Der Mantel 105 ist außerdem an solchen Stellen, die der Unterteilung des Neu­ tronenabsorbers 130 a entsprechen, so geteilt, daß der Mantel 105 sich aus mehreren Mantelelementen zusammensetzt, die in axialer Richtung der mittleren Verbindungsstange 104 angeordnet sind. Die Anordnung ist so gestaltet, daß minde­ stens eine Diskontinuität des Mantels, die sich senkrecht zur Achse erstreckt, das heißt in Breitenrichtung des Flügels 107, innerhalb der zweiten der drei axialen Zonen des Flügels 107, das heißt in der mittleren der drei Zonen in Höhenrichtung des Flügels 107 vorgesehen ist. Dies deshalb, weil die in der Mantelwand hervorgerufene Bean­ spruchung durch beispielsweise Erdbeben und mithin die Ver­ formung der Mantelwand in der zweiten Zone des Mantels am größten ist. Die Anordnung kann so gewählt sein, daß, wie Fig. 45 zeigt, die verschiedenen Flügel unterschiedliche Unterteilungs-Abschnitte des Mantels aufweisen. Diese Aus­ gestaltung bietet den Vorteil, daß die Steifigkeit oder Festigkeit des Mantels 105 insgesamt erhöht wird, dadurch die Diskontinuitäten nicht in derselben Höhe in Axialrich­ tung des Mantels 105 konzentrieren.

Wie Fig. 46 zeigt, ist zwischen benachbarten Mantelelemen­ ten 105 a eine Lücke d vorbestimmter Größe gebildet. Die Größe der Lücke d ist so festgelegt, daß jegliche Verfor­ mung des Steuerblatts aufgrund äußerer Krafteinwirkung ausreichend durch diese Lücke absorbiert wird. Wie Fig. 47 und 48 zeigen, ist ein Halteelement 136 mit einer Passnut 135, die sich in Breitenrichtung des Mantelelements 105 a erstreckt, in das Ende jedes Mantelelements 105 a eingesetzt. Somit liegen die Passnuten 135 in den sich gegenüberliegenden Enden benachbarter Mantelelemente gegenüber und nehmen verschieblich einen tafelförmigen Neutronenabsorber auf, der zum Beispiel aus einer Hafnium­ platte gebildet ist. Der Neutronenabsorber 137 ist in den Nuten 135 in Richtung der Achse des Steuerblatts beweglich. Das heißt, die benachbarten Mantelelemente 105 a sind über den Neutronenabsorber 137 derart verbunden, daß eine Expan­ sion und eine Kontraktion in axialer Richtung möglich sind. Die Gesamtbreite der Passnuten 135 ist größer als die Gesamtbreite des Neutronenabsorbers 137, und ein Raum zur Aufnahme der axialen Versetzung des Neutronenabsorbers 137 ist hinter dem Neutronenabsorber freigelassen, das heißt am weitesten innen liegenden Ende jeder Nut 135. Der Neutro­ nenabsorber 137, der in die Nut 135 eingepasst ist, kann etwa T-förmigen Querschnitt haben, wie Fig. 47 zeigt. Bei dieser Ausgestaltung schlägt die Stufe 139 des tafelförmi­ gen Neutronenabsorbers 137 gegen die Stirnseite des Halte­ glieds 136 an, wodurch die Bewegung des Neutronenabsorbers 137 in Breitenrichtung begrenzt wird. Folglich kann der tafelförmige Neutronenabsorber 137 von dem äußeren Ende des Mantels nicht loskommen. Bevorzugt wird außerdem, daß die Stirnseiten der Mantelelemente 105 a und die Ecken des Halteglieds 136 abgefast sind, um dadurch jedwede Beschä­ digung zu vermeiden, die möglicherweise aufgrund mechani­ scher Kollision zwischen benachbarten Mantelelementen ent­ steht.

Für den Fall, daß auf das Kernreaktor-Steuerblatt eine be­ trächtliche Biegekraft aufgebracht wird, zum Beispiel durch ein heftiges Erdbeben, tritt die größere Beanspruchung im axialen Mittelabschnitt des eine längliche Form aufweisen­ den Steuerblatts auf, so daß die größte Spannung oder Ver­ formung in diesem Abschnitt auftritt. Allerdings wird diese Verformung wirksam durch den Spalt d zwischen den benach­ barten Mantelelementen 105 a sowie durch die Passnuten 135 absorbiert. Der tafelförmige Neutronenabsorber 137 kann nämlich in axialer Richtung des Steuerblatts um ein Stück gleiten, welches der Verformung entspricht, so daß jegliche Beanspruchung in der Mantelwand vermieden wird. Dies ver­ hindert in geeigneter Weise eine nach auswärts gerichtete Verformung des Mantels, die andernfalls eine mechanische Kollision zwischen dem Steuerblatt und den benachbarten Brennstoffelementen hervorrufen und dadurch die Vertikal­ bewegung des Steuerblatts ernsthaft beeinträchtigen würde.

Bei dieser Ausführungsform sind keine Diskontinuitäten des Mantels in der in Höhenrichtung gesehen ersten Zone ent­ sprechend 1/3 der Gesamthöhe des Steuerblatts vorgesehen, wenn man vom oberen Ende aus mißt. Demgemäß erfolgt in die­ ser ersten Zone keine nennenswerte Herabsetzung der Neutro­ nenabsorptionsfähigkeit. Wie oben erläutert, sind im all­ gemeinen das obere Ende des Steuerblatts und die äußeren Enden der Flügel des Steuerblatts der stärksten Neutronen­ exposition ausgesetzt. Deshalb ist es nicht zu bevorzugen, irgendwelche Diskontinuitäten in dem Mantel, das heißt eine Diskontinuität des Neutronenabsorbers, in diesen Abschnit­ ten des Steuerblatts vorzusehen. Da bei dieser Ausführungs­ form die Diskontinuität aufgrund der Unterteilung des Man­ tels in der zweiten Zone liegt, das heißt in der mittleren der drei sich in Höhenrichtung erstreckenden Zonen des Steuerblatts, ist es möglich, jegliche Herabsetzung der Neutronen-Absorptionsfähigkeit in der ersten Zone zu ver­ meiden und eine hohe Abschaltgrenze des Reaktors zu gewähr­ leisten.

Im folgenden wird anhand von Fig. 49 eine modifizierte Form der in Fig. 45 gezeigten Anordnung beschrieben. Diese modi­ fizierte Ausführungsform eines Steuerblatts 100 C besitzt zwei langgestreckte, aus Hafnium bestehende Neutronenabsor­ berstangen 140, ebenfalls aus Hafnium, die sich axial entlang der Außenkante jedes Flügels 107 erstrecken. Ein Raum zur Aufnahme von Wärmeausdehnungen der Neutronenabsor­ berstangen 140 befindet sich an der Oberseite der Stangen 140. Andere Abschnitte sind im wesentlichen die gleichen wie in Fig. 45.

Bei dieser Ausführungsform ist die Neutronen-Absorptions­ fähigkeit durch das Vorhandensein der Absorberstangen 140 entlang der Außenkante jedes Flügels 107 erhöht, also dort, wo der Verbrauch des Neutronenabsorbers besonders hoch ist. Folglich wird durch die genannte Maßnahme die nukleare Lebensdauer des Steuerblatts erhöht. Die Neutronenabsorber­ stangen 140 erstrecken sich axial entlang den Außenkanten der Reihen von Mantelelementen 105 a und dienen als Struk­ turelemente zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit jedes Flügels.

Die Neutronen-Absorptionsfähigkeit wird lokal in den Zonen reduziert, in denen eine Diskontinuität der Neutronen­ absorberplatten 130 b vorliegt. Es versteht sich, daß eine solche lokale Verringerung der Absorptionsfähigkeit wirksam kompensiert wird durch das Vorhandensein der Absorberstangen 140. Die Stangen 140 haben außerdem den Vorteil, daß sie wirksam eine Relativbewegung zwischen den Mantelelementen 105 a in jeweils einem Flügel 107 beschränken.

Man sieht, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Mantel des Steuerblatts in mehrere Mantelelemente unterteilt ist, die sich in Axialrichtung des Steuerblatts erstrecken, wobei benachbarte Mantelelemente unter Zulassung einer freien Expansion und Kontraktion mittels der tafelförmigen Neutronenabsorber verbunden sind, die in Nuten eingepasst sind, welche in einander gegenüberliegenden Enden benach­ barter Mantelelemente ausgebildet sind. Folglich wird jeg­ liche Verformung der Mantelwand, hervorgerufen durch bei­ spielsweise eine starke externe, auf das Steuerblatt ein­ wirkende Kraft, beispielsweise aufgrund eines Erdbebens, wirksam unterdrückt. Jegliche Verformung des Mantels, hervorgerufen durch eine Beanspruchung des Steuerblatts, kann wirksam durch die Spalte oder Lücken zwischen aufein­ anderfolgenden Mantelelementen und die Passnuten, die lose und verschieblich die verbindenden tafelförmigen Neutronen­ absorber aufnehmen, absorbiert werden. Dies wiederum beseitigt jegliches Risiko, daß sich das Steuerblatt nach außen ausdehnt und es demzufolge zu Kollisionen zwischen dem Steuerblatt und den das Steuerblatt umgebenden Brenn­ stoffelementen kommt. Eine glatte Bewegung des Steuerblatts ist also stets gewährleistet. Bei dieser Ausführungsform wird also insbesondere eine glatte und ungehinderte Bewe­ gung des Steuerblatts auch dann gewährleistet, wenn große Kräfte auf das Steuerblatt von außen einwirken.

Im folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele der Er­ findung beschrieben, die sich beziehen auf Hybrid-Steuer­ blätter, das sind Steuerblätter, bei denen sowohl Anti-Riß­ als auch Anti-Erdbeben-Maßnahmen getroffen sind.

Fig. 50 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Hybrid-Steuerblatts für einen Kernreaktor nach der Erfindung.

Dieses Ausführungsbeispiel des Kernreaktor-Steuerblatts, 100 D, besitzt ein Oberteil 102 mit einer Handhabe 101, ein Unterteil 103 und eine mittlere Verbindungsstange 104 mit kreuzförmigem Querschnitt und einstückiger Verbindung mit dem Oberteil 102 und dem Unterteil 103. Ein Mantel 105 mit U-förmigem Querschnitt ist an jedem Vorsprung der mittleren Verbindungsstange 104 befestigt. Ein plattenähnlicher, langlebiger Neutronenabsorber 130, der typischerweise aus Hafnium besteht, befindet sich innerhalb jedes Mantels 105 an einer der mittleren Verbindungsstangen 104 benachbarten Stelle. Der Mantel 105 und der Langzeit-Neutronenabsorber 130 bilden gemeinsam einen Flügel 107. Mithin besitzt das Steuerblatt vier derartige Flügel 107 an der mittleren Ver­ bindungsstange 104.

Neben dem Neutronenabsorber 106 befindet sich eine langge­ streckte Hafniumstange 140, die sich entlang der Außenkante des Flügels 107 erstreckt. Die gestreckte Hafniumstange 140 kann 2 bis 5 Hafnium-Stäbe mit kreisförmigem Querschnitt enthalten, die parallel zueinander verlaufen und sich über die gesamte axiale Länge des Flügels an der Außenkante des Flügels erstrecken und dabei die Stärke des äußeren Endes des Flügels erhöhen.

Außerdem ist ein Raum zum Ausgleich der Wärmeausdehnung der Hafniumstange 140 innerhalb des Mantels an der Oberseite der Hafniumstange 140 ausgebildet, wie Fig. 50 zeigt.

Der Neutronenabsorber 130 ist in axialer Richtung der Ver­ bindungsstange 104 in mehrere Stufen oder Neutronenabsor­ berelemente 130 a unterteilt. Wie Fig. 51 veranschaulicht, besteht das Neutronenabsorberelement 130 a jeder Stufe aus mehreren Neutronenabsorberplatten oder -blätter 130 b, die derart angeordnet sind, daß sie sich in Dickenrichtung des Flügels 107 gegenüberliegen. Ein Wasserspalt 110 zum Führen eines Moderatorstroms ist zwischen den Absorberplatten 130 b gebildet. Außerdem sind Wasserdurchgänge 111 zwischen den Außenflächen der jeweiligen Absorberplatten 130 b und den benachbarten Innenseiten des Mantels 105 gebildet. Die Absorberplatten 130 b sind an dem Mantel 105 mit vorbestimm­ ten gegenseitigen Abständen gehalten, die durch End- Distanzstücke 145 und Mittel-Distanzstücke 108 eingestellt werden. Die End-Distanzstücke 145 und die Mittel-Distanz­ stücke 108 bestehen aus Hafnium bzw. rostfreiem Stahl.

Im folgenden wird der Aufbau zum Befestigen der Neutronen­ absorberplatten 130 b anhand von Fig. 52 näher erläutert. Die End-Distanzstücke 145 besitzen eine vergleichsweise geringe axiale Länge und sind zwischen beiden Absorber­ platten 130 b an beiden längsseitigen Enden der Platten angeordnet. Die Absorberplatten 130 b sind teilweise an den End-Distanzstücken 145 beispielsweise durch Schweißen be­ festigt. Jedes der End-Distanzstücke 145 besitzt einen Distanzabschnitt 145 a, dessen Breite die Größe des Wasser­ spalts 110 zwischen den Absorberplatten 130 festlegt. Gleichzeitig sind Wasserdurchgänge 111 vorbestimmter Breite zwischen den Außenseiten der jeweiligen Absorberplatten 130 b und den Innenflächen des Mantels 105 gebildet.

Vorzugsweise sind die Ecken des Vorsprungs der mittleren Verbindungsstange 104 ebenso wie die benachbarten Ecken der End-Distanzstücke 145 abgefast, wie in Fig. 52 gezeigt ist, um einen Wasserdurchgang zu schaffen, durch den Reaktorwas­ ser als Moderator mit geringem Strömungswiderstand fließen kann, um eine lokale Überhitzung der Absorberplatten 130 b zu vermeiden.

Die mittleren Abschnitte der Neutronenabsorberplatten 130 b sind an vorbestimmten Stellen durch jeweils ein Mittel­ Distanzstück 108 sowie durch ringförmige Distanzstücke 109 fixiert. Wie aus den Fig. 37A, 37B und 37C ersichtlich ist, besitzt das mittleren Distanzstück 108 einen kragenförmigen Sitzteil 117, dessen Dicke der Breite des Kanals entspricht, der durch den Wasserspalt 110 gebildet wird. Wasserdurchgangsnuten 118 sind in beiden Oberflächen des Sitzabschnitts 117 ausgebildet, so daß das Reaktorwasser als Moderator durch diese Nuten strömen kann.

Die einander gegenüberliegenden Absorberplatten 130 b ruhen auf den Flächen des Sitzabschnitts 117 des Mittel-Distanz­ stücks 108 und sind an dem Mantel 105 mittels der ringför­ migen Distanzstücke 109 befestigt. Das Mittel-Distanzstück 108 greift mit beiden axialen Enden in Montagelöcher 146 ein, die in den Wänden des Mantels 105 gebildet sind, und sie sind in den Löchern zum Beispiel durch Schweißen befe­ stigt. Die ringförmigen Distanzstücke 109 können auf beiden Seiten mit Wasserdurchgangsnuten 119 a versehen sein, so wie es bei dem Mittel-Distanzstück 108 der Fall ist.

Im Betrieb wird, wie Fig. 50 zeigt, das Reaktorwasser durch die Durchgangslöcher 122 a, 122 b, die in der Mantelwand aus­ gebildet sind, in den Mantel 105 eingeleitet und das Wasser strömt dann entlang des Wasserspalts 110 und der Wasser­ durchgänge 111, um die in den Neutronenabsorberplatten 130 b erzeugte Wärme abzuleiten, während es als Moderator dient. Dann gelangt das Wasser durch Durchgangslöcher 122 a, 122 b, die im oberen Teil des Flügels 107 gebildet sind, aus dem Steuerblatt heraus.

Das Steuerblatt 100 D nach diesem Ausführungsbeispiel ist also ein Hybrid-Steuerblatt, bei dem sowohl ein platten­ ähnlicher Neutronenabsorber 130 aus einem Hafniumblatt als auch eine langgestreckte Hafniumstange 140 entlang der Außenkante jedes Flügels 107 verwendet wird. Folglich wirkt die mechanische Festigkeit des Steuerblatts insgesamt ebenso wie die Dauerfestigkeit der Steuerstange gegenüber externen Krafteinwirkungen. Die Steuerstange nach diesem Ausführungsbeispiel eignet sich zur Verwendung in Kern­ reaktoren, die für Langzeitbetrieb ausgelegt sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das als Kühlmittel die­ nende Reaktorwasser zu sämtlichen Abschnitten des Steuer­ blatts geleitet werden, und zwar aufgrund der zwischen den Außenseiten der Neutronenabsorberplatten 130 b und den benachbarten Innenseiten des Mantels 105 gebildeten Wasser­ durchgänge 111. Folglich lassen sich jegliche Beschädigun­ gen des Blatts 105 aufgrund lokaler Überhitzungen der Absorberplatten 130 b in vorteilhafter Weise vermeiden.

Außerdem sind die Außenseiten der Neutronenabsorberplatten 130 b der Innenseite des Mantels 105 voneinander über die Wasserdurchgänge 111 beabstandet, die durch die End- Distanzstücke 145, die Mittel-Distanzstücke 108 und die ringförmigen Distanzstücke 107 definiert werden. Daher ist es möglich, jegliche elektrochemische Korrosion zu unter­ binden, die ansonsten durch den direkten Kontakt zwischen unterschiedlichen Metallen hervorgerufen würde. Das Steuer­ blatt 100 D kann also über einen langen Zeitraum hinweg in stabilem Zustand arbeiten.

Im folgenden wird anhand von Fig. 53 ein anderes Kernreak­ tor-Steuerblatt erläutert, welches ebenfalls vom Hybrid-Typ ist.

Dieses Steuerblatt enhält eine langgestreckte hohle, ggf. rohrförmige Hafniumstange 140 a, die entlang der Außenkante jedes Flügels 107 angeordnet ist und sich in axialer Richtung des Flügels 107 erstreckt.

Im vorliegenden Fall stellt die Mittelbohrung 151 in der gestreckten Hafniumstange 140 a einen Durchgang für das als Moderator dienende Wasser dar. Das durch diesen Durchgang strömende Wasser weist ein gewisses Maß an Neutronenab­ sorptionseffekt auf und ersetzt somit das Hafnium. Es ist daher möglich, das Gesamtgewicht des in dem Steuerblatt verarbeiteten Hafniums spürbar zu reduzieren. Man kann mehrere Öffnungen in der Wand der Hafniumstange 140 a bil­ den, um die Strömungswege des Moderators zu diversifizieren und den Strömungswiderstand herabzusetzen, wodurch eine bessere Kühlung erzielt wird.

Zur Herstellung dieses Ausführungsbeispiels werden in den Wänden des Mantels 105 mehrere Grübchen 150 ausgebildet, so daß die Rückseite der Grübchen nach innen vorstehen und die Neutronenabsorberplatten 130 b berühren, um so als Distanz­ stücke zu dienen, die die Außenseiten der Absorberplatten 130 b von den Innenseiten des Mantels fernhalten und dadurch einen vorbestimmten Abstand der Durchgänge 111 herbeifüh­ ren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die End-Distanzstücke 145 nur benötigt, um die Breite des Wasserspalts 110 zwi­ schen einander gegenüberliegenden Absorberplatten 130 b in der Mitte des Mantels festzulegen. Deshalb kann es sich bei dem End-Distanzstück um ein einfach geformtes Teil handeln, welches maschinell problemlos gefertigt werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, daß die ringför­ migen Distanzstücke 109 zur Festlegung der Breite der Was­ serdurchgänge 111 fortgelassen werden können und sich dadurch der Aufbau des Flügels 107 vereinfacht. Außerdem wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von End- Distanzstücken 145 zwischen den sich gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten an deren beiden Enden verwendet, und zwar in einem vorbestimmten Intervall in axialer Rich­ tung des Flügels 107, wie Fig. 54 zeigt. Jedes End- Distanzstück 145 ist zum Beispiel durch Schweißen an lediglich einer der sich gegenüberliegenden Absorberplat­ ten 130 b befestigt. Man kann dadurch jegliche Verformung beider Neutronenabsorberplatten in dem Fall vermeiden, daß nur eine der Platten aus einem unerwarteten Grund verformt wird.

Die bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele von Kern­ reaktor-Steuerblättern, soweit sie als Hybrid-Steuerblätter ausgebildet sind, weisen eine verbesserte strukturelle Festigkeit aufgrund der gestreckten Hafniumteile auf, die sich entlang den Außenkanten der Flügel entstrecken. Deshalb weist das Steuerblatt insgesamt einen größeren Widerstand gegenüber äußeren Kräften auf. Dies erhöht die Zuverlässigkeit beim Betrieb des Reaktors auch bei Erdbeben und Verdünnungsarbeiten, die bei einem Langzeitbetrieb des Kernreaktors auftreten bzw. durchgeführt werden können.

Weiterhin kann das Kühlmittel wirksam in sämtliche Ab­ schnitte des Steuerblatts verteilt werden, und zwar auf­ grund der Wasserdurchgänge zwischen den Außenseiten der Neutronenabsorber und der benachbarten Innenflächen des Mantels, so daß das Risiko, daß der Mantel oder die Neutro­ nenabsorberplatten durch lokale Überhitzung beschädigt werden, beseitigt ist. Außerdem dienen die Wasserdurchgänge dazu, die Neutronenabsorberplatten von den Innenseiten des Mantels fernzuhalten, wodurch jeglicher elektrochemischer Korrosion vorgebeugt wird, die ansonsten durch direkte Berührung unterschiedlicher Metallarten eintreten könnte. Ein stabiler und gesunder Betrieb des Kernreaktor-Steuer­ blatts ist also über einen langen Zeitraum gewährleistet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Steuer­ blatts für Siedewasserreaktoren gemäß der Erfindung beschrieben, das speziell so ausgelegt ist, daß das Gewicht des Mantels herabgesetzt und jegliche Tendenz zur Bildung von Welligkeiten vermieden ist. Fig. 55 zeigt ein solches Steuerblatt 200.

Das Steuerblatt 200 besitzt ein Oberteil 202 mit einer Handhabe 201, ein Unterteil 203 und eine mittlere Verbin­ dungsstange kreuzförmigen Querschnitts, die einstückig mit dem Oberteil 202 und dem Unterteil 203 verbunden ist. Ein Mantel 205 mit U-förmigem Querschnitt ist an jedem Ende der vier Vorsprünge der Verbindungsstange 204 befestigt. Der Mantel nimmt einen Langzeit-Neutronenabsorber 206, der aus einer Hafniumplatte besteht, in sich auf. Der Mantel 205 und der Neutronenabsorber 206 bilden gemeinsam einen Flügel 207. Das Steuerblatt 200 besitzt also insgesamt vier derartige Flügel 207. Führungsrollen 208 zum Leiten der Bewegung des Steuerblatts in den Reaktorkern hinein und aus ihm heraus sind an beiden Seiten desjenigen Abschnitts des Oberteils 202 vorgesehen, der jeweils einem der Flügel 207 entspricht, während das Unterteil 203 mit einem Geschwin­ digkeitsbegrenzer 209 ausgestattet ist.

Der Neutronenabsorber 206 ist in mehrere Stufe oder Neutro­ nenabsorberelemente 206 a, die sich in axialer Richtung der Verbindungsstange 204 erstrecken, unterteilt. Wie Fig. 56 zeigt, besteht jedes Neutronenabsorberelement 206 a aus einem Paar einander gegenüberliegender Neutronenabsorber­ platten oder -blättern 206 b, die von dem Mantel 205 aufgenommen sind. Mehrere Distanzstücke 210 befinden sich zwischen den Absorberplatten an zweckmäßig verteilten Stellen, so daß ein Wasserspalt vorbestimmter Breite zwischen den Absorberplatten 206 a gebildet ist. Die Distanzstücke 210 dienen außerdem zur Verstärkung des Flügels. Wie man in den Fig. 55 und 57 sieht, sind in den Wänden des Mantels 205 und in den Neutronenabsorberplatten 206 b Wasserdurchgangslöcher 211 ausgebildet, um einen Strom eines Moderators (Kühlungsmittels) in den Wasserspalt zwischen den zwei Neutronenabsorberplatten einführen zu können. Der Mantel 205 besitzt außerdem Wasserdurchgangslöcher 212 zum Führen des Moderatorstroms in die Kanäle, die zwischen den Neutronenabsorberplatten 206 b und den benachbarten Flächen des Mantels gebildet sind. Außerdem sind dem Oberteil benachbarte Wasserdurchgangslöcher 212 in einem Abschnitt des Mantels 205 gebildet, der sich in der Nähe des oberen Endes befindet, während in der Nähe des unteren Endes Wasser­ durchgangslöcher 213 in einem Bereich des Mantels 205 gebildet sind. Der Mantel 205 ist weiterhin in einem Abschnitt in der Nähe des inneren Endes mit Wasserdurch­ gangslöchern 214 in der Nachbarschaft der Verbindungsstange ausgestattet.

Die Absorberplatten 206 b bestehen aus Hafnium, während der Mantel 205 sowie die mittlere Verbindungsstange 204 aus rostfreiem Stahl hergestellt sind. Die Absorberplatten 206 b haben deshalb einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die anderen Bauelemente. Um Unterschiede der Wärmeaus­ dehnung aufgrund verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten zwischen den Absorberplatten 206 b und den übrigen Bau­ teilen zu absorbieren, ist das Neutronenabsorberelement 206 a in Längsrichtung, das heißt in vertikaler Richtung, in mehrere Abschnitte unterteilt, wie Fig. 59 zeigt, und zwi­ schen den Absorberplatten 206 b benachbarter Abschnitte ist ein Spalt oder eine Lücke G zum Ausgleichen der unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungen gebildet.

Um eine Herabsetzung der mechanischen Festigkeit wegen des Vorhandenseins der Lücken G, die durch die Unterteilung der Absorberplatte entstehen, zu kompensieren, befinden sich die Distanzstücke 210 in einer abgestuften Anordnung in Richtung der Achse der mittleren Verbindungsstange 204, wobei folgende Beziehung gilt:

L₁=L₂=L₃=L₄ L₅

wobei L ₁, L ₂, L ₃ und L ₄ den Abstand der Distanzstücke zwischen jedem Abschnitt 206 a, 206 a, 206 a... darstellen, während L₅ den Abstand zwischen benachbarten Distanzstücken zweier benachbarter Abschnitte darstellt.

Berücksichtigt man, daß jeder Flügel an seinem freien End­ abschnitt eine geringere mechanische Festigkeit aufweist als am mittleren oder inneren Abschnitt, der durch die mittlere Verbindungsstange 204 versteift ist, so ist es ratsam, die Anzahl der Distanzstücke in dem Endbereich jedes Flügels größer zu wählen als im mittleren oder inne­ ren Bereich. Zum Beispiel besitzt bei der Ausführungsform nach Fig. 39 jeder Abschnitt der Neutronenabsorberplatte zwei Distanzstücke in seiner inneren Zone und drei Distanz­ stücke in seiner äußeren Zone.

Der Spielraum des Kanals S zwischen eder Wand des Mantels und der benachbarten Neutronenabsorberplatte 206 b dient dazu, einen Wasserstau zu verhindern. Dieser Kanal S kann dadurch gebildet werden, daß man die Wand des Mantels 205 zur Innenseite hin einsenkt bis zu einer Tiefe von 0,2 bis 0,3 mm, wie es an der Stelle 205 a in Fig. 60 gezeigt ist. Der Abstand der Grübchen 205 a beträgt beispielsweise etwa 10 cm in axialer Richtung der mittleren Verbindungsstange. Der Kanal S, der durch diese Grübchen gebildet wird, besitzt eine Größe, bei der das Wasser in diesem Kanal innerhalb von einem bis einigen Tagen erneuert wird. Der Kanal S kann durch andere Mittel als durch die beschriebenen Grübchen gebildet sein, zum Beispiel dadurch, daß unterlagscheibenähnliche Distanzstücke der in Fig. 36 gezeigten Art verwendet werden. Die Wasserdurchgangslöcher 213 und 214 verhindern wirksam, daß sich Wasser in Zonen nahe des Oberteils 202, des Endteils 203 und der mittleren Verbindungsstange 204 staut.

Die Seitenkanten der mittleren Verbindungsstange und die Kanten der Neutronenabsorberplatte 206 b neben der mittleren Verbindungsstange sind abgefast, wie bei 204 a und 206 c in Fig. 60 gezeigt ist, damit der sich dem Wasserstrom bietende Widerstand herabgesetzt wird.

Das bei dieser Ausführungsform verwendete Distanzstück 210 kann dem in den Fig. 37A, 37B und 37C gezeigten Distanz­ stück entsprechen. Demgemäß besitzt das Distanzstück 210 einen scheibenförmigen Sitzabschnitt 207 a und Montage­ schenkelabschnitte 210 a, die von beiden Seiten des Sitz­ abschnitts 210 a abstehen. Nuten 210 c sind in geeigneter Anzahl und Tiefe in beiden Flächen des scheibenförmigen Sitzabschnitts 210 a kreuzweise ausgebildet, wie Fig. 37B zeigt, wobei eine signifikante Herabsetzung der Stärke des Distanzstücks 210 vermieden wird. Wie aus Fig. 60 ersichtlich, dienen die Nuten 210 c als Verbindung zwischen den Innen- und Außenseiten jeder Neutronenabsorberplatte. Die Montageschenkelabschnitte 210 b des Distanzstücks 210, die in die Montagelöcher in den Neutronenabsorberplatten 206 a eingesetzt sind, belassen einen Spalt G′, damit jegliche Differenz der Wärmeausdehnungen ausgeglichen wird.

Man kann einige der Distanzstücke 210 durch die in Fig. 61 gezeigten Hafnium-Distanzstücke 216 ersetzen. Jedes Hafnium-Distanzstück wird an einer der sich gegenüberlie­ genden Platten befestigt, zum Beispiel durch Schrumpfen oder Schweißen. Das Distanzstück besitzt eine Höhe oder Dicke, so daß das andere Ende die Innenfläche der gegenüberliegenden Absorberplatte berührt, wie in Fig. 62 gezeigt ist.

Man kann auch ein drahtförmiges Distanzstück 217 aus rost­ freiem Stahl verwenden, das einen Durchmesser von 3 bis 5 mm besitzt, wie in Fig. 63 gezeigt ist. Diese drahtförmigen Distanzstücke sind an den Distanzstücken 210 befestigt, um den Flügel des Steuerblatts gegen seitliche Biegekräfte zu versteifen, während sie den Spalt G′ zwischen den sich gegenüberliegenden Absorberplatten definieren. Obschon beim dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich zwei Draht- Abstandsglieder verwendet sind, kann man die Anzahl der Draht-Abstandsglieder nach Bedarf erhöhen oder verringern.

Das Steuerblatt nach diesem Ausführungsbeispiel besitzt eine hohe Lebensdauer aufgrund der Verwendung von Hafnium, welches ein typisches langlebiges neutronenabsorbierendes Material ist.

Der Neutronenabsorber ist in Form flacher Blätter oder Platten ausgebildet, damit zwischen sich gegenüberliegenden Absorberplatten ein Wasserspalt gebildet wird, in den als Kühlmittel und als Moderator dienendes Wasser eingeführt wird. Sowohl die Absorberplatten als auch das Wasser dienen zur Erhöhung des Reaktivitätswerts, so daß das Steuerblatt insgesamt einen großen Wert der Reaktivität besitzt.

Zur Erzielung eines gegebenen Maßes an Reaktivität kann man die Menge des teuren Hafniums hoher Dichte (13,3 g/cm³) herabsetzen. Außerdem sind die Distanzstücke in jedem Flügel in der Zone nahe der mittleren Verbindungsstange und in der Zone fern der mittleren Verbindungsstange derart verteilt, daß ein gradliniger Strömungsdurchfluß in axialer Richtung der Verbindungsstange zwischen beiden Absorber­ platten in deren Mittelzone gebildet wird. Die Distanz­ stücke sind in konstanten Intervallen derart versetzt angeordnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Distanzstücken an verschiedenen Absorberplatten etwas kleiner ist als der axiale Abstand der Distanzstücke in jeder Absorberplatte. Dadurch besitzt der Flügel eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Stärke gegenüber seitlichen Biegekräften über der gesamten Länge.

Fig. 64 zeigt eine weitere Form eines erfindungsgemäßen, als Neutronenfluß-Falle dienenden Steuerblatts. Das Steuerblatt 200 A ist im wesentlichen das gleiche wie das in Fig. 55 gezeigte Steuerblatt 200, so daß entsprechende Teile hier nicht nochmals beschrieben werden.

Der Aufbau des Steuerblatts 200 A ist in den Fig. 64 bis 67 im Detail dargestellt. Das Steuerblatt 200 A besitzt vier Flügel 207, die jeweils mehrere Distanzstücke 210 aufweisen, die denjenigen beim Steuerblatt 200 entsprechen können. Die Distanzstücke 210 sind im Außenbereich des Flügels mit höherer Dichte angeordnet als im inneren oder Mittelbereich, welcher durch die mittlere Verbindungsstange 204 versteift wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 66 beispielsweise befinden sich drei Distanzstücke 210 im Außenbereich, während im inneren Bereich zwei Distanzstücke vorhanden sind. Vorzugsweise befindet sich in der Zone nahe des äußeren Endes des Flügels ein drahtförmiges Distanz­ stück 220. Das drahtförmige Distanzstück ist zum Beispiel durch Schweißen an den Distanzstücken 210 befestigt.

Die lichte Weite des Kanals S zwischen jeder Wand des Mantels 205 und der benachbarten Absorberplatte 206 b dient dazu, jeglichen Wasserstau zu verhindern. Der Kanal S kann gebildet werden, indem man die Wand des Mantels 205 mit zum Inneren hin ragenden Grübchen versieht, die eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 mm besitzen. In den Fig. 65 und 67 sind diese Grübchen oder Vertiefungen mit 205 a bezeichnet. Der Kanal S, der durch diese Grübchen definiert wird, hat eine solche Größe, daß das Wasser in diesem innerhalb eines oder mehrerer Tage ausgetauscht wird. Der Kanal S kann auch durch andere Mittel als durch die Grübchen gebildet werden, zum Beispiel durch Verwendung von Distanzstücken, die ähnlich wie Unterlagscheiben ausgebildet sind (hier nicht dargestellt). Die Wasserdurchgangslöcher 213, 213 verhindern wirksam, daß sich Wasser in den Zonen nahe des Oberteils 202, des Unterteils 203 und der mittleren Verbin­ dungsstange 204 staut.

Die Seitenkanten der mittleren Verbindungsstange und die Kanten der Absorberplatte 206 b nahe der Verbindungsstange sind mit Abfasungen 204 a und 206 c versehen, wie Fig. 60 zeigt, um dadurch den Strömungswiderstand für das Wasser herabzusetzen.

Das bei dieser Ausführungsform verwendete Distanzstück 210 kann der Ausführungsform entsprechen, die in den Fig. 37A, 37B und 37C gezeigt ist. Die Montageschenkelabschnitte 210 b des Distanzstücks 210 passen in Montagelöcher der Neutronenabsorberplatten, wobei ein Spalt G′ freigelassen wird, der für den Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdeh­ nungen dient.

Es ist möglich, einige der Distanzstücke 210 durch in Fig. 68 gezeigte Hafnium-Distanzstücke 221 zu ersetzen. Jedes Hafnium-Distanzstück wird an einer der sich gegenüberlie­ genden Platten zum Beispiel durch Schrumpfen oder Schweißen befestigt. Es besitzt eine solche Höhe oder Dicke, daß sein anderes Ende die Innenseite der gegenüberliegenden Absorberplatte berührt.

Das in Fig. 68 dargestellte Ausführungsbeispiel verwendet zwei drahtähnliche Distanzstücke 220 für jede Neutronenabsorberplatte 206 b. Diese drahtähnlichen Distanz­ stücke sind an ihren oberen und unteren Enden an den Hafnium-Distanzstücken 210 befestigt. Ein drahtförmiges Distanzstück wird gebildet durch einen Hafniumdraht mit einem Durchmesser zwischen 3 und 5 mm. Es verstärkt den Flügel des Steuerblatts gegenüber seitlichen Biegekräften, wobei gleichzeitig der Spalt G′ zwischen gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten 206 a erhalten bleibt.

Man kann anstelle der Hafnium-Distanzstücke 121 solche aus rostfreiem Stahl verwenden. Dann bestehen vorzugsweise die drahtähnlichen Distanzstücke 220 ebenfalls aus rostfreiem Stahl, damit sich die Teile leichter verschweißen lassen.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel des Steuerblatts ist der Neutronenabsorber in Form von Platten derart ausgebildet, daß eine Lücke zum Leiten einer als Moderator oder Kühl­ mittel dienenden Wasserströmung zwischen sich gegenüberlie­ genden Neutronenabsorberplatten definiert wird. Beide, Neutronenabsorberplatten und Wasserströmung in dem Wasser­ spalt, dienen zur Erhöhung des Reaktivitätsäquivalents, so daß das Steuerblatt insgesamt einen hohen Wert der Reaktivität besitzt. Alternativ läßt sich die Menge des teuren Hafniums hoher Dichte (13,3 g/cm³) bei gegebenem Reaktivitätsäquivalent herabsetzen.

Ferner dienen die drahtähnlichen Distanzstücke, die sich in axialer Richtung der mittleren Verbindungsstange erstrecken, im Verein mit den punktförmigen Distanzstücken, die über den gesamten Bereich der Absorberplatten verteilt sind, zur Erhöhung der Festigkeit jedes Flügels des Steuer­ blatts gegenüber externen Biegekräften.

Claims (46)

1. Steuerblatt für einen Kernreaktor, umfassend ein Oberteil (12, 102, 202), ein Unterteil (13, 103, 203), eine Oberteil und Unterteil verbindende mittlere Verbindungsstange (14, 104, 204) mit Radialvorsprüngen, Flügel (16, 107, 207) aus Mantelplatten (15, 105, 205) mit jeweils etwa U-förmigem Querschnitt und befestigt am Ende jeweils eines Vorsprungs der mittleren Verbindungsstange (14, 104, 204), wobei in jede Mantelplatte (15, 105, 205) ein langlebiger Neutronenabsorber (18, 106, 130, 206) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenabsorber jeweils innerhalb des Mantels (15, 105, 205) entlang der Achse der mittleren Verbindungsstange (14, 104, 204) in mehrere Neutronenabsorberelemente (18 a, 18 b, 106 a, 206 a) unterteilt sind, die jeweils aus Neutronenabsorberplatten oder -blättern (18 a ₁, 18 a ₂ .... 38 a, 38 b, 41 a, 41 b, 106 a, 130 b, 206 b) zusammengesetzt sind, die derart voneinander beabstandet sind und einander gegenüberliegen, daß zwischen ihnen ein Wasserspalt (25, 110) zum Leiten der Strömung eines Moderators definiert ist.

2. Steuerblatt nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der Neutronenabsorberelemente (z.B. 18 a, 18 b, 18 c ....) derart variiert ist, daß die Dicke des gesamten Neutronenabsorbers (18) über die Länge des Steuerblatts von dem dem Oberteil (12) benachbarten Ende in Richtung auf das dem Unterteil (13) benachbarte Ende progressiv abnimmt, wodurch die Neutronenabsorptions-Kennlinie über die Länge des Steuer­ blatts vom Oberteil (12) zum Unterteil (13) hin progressiv abnimmt.

3. Steuerblatt nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Änderung der Dicke der Neutronenabsorberelemente (18 a ...) dadurch bewirkt wird, daß die Dicke des gesamten Neutronen­ absorbers (18) über die Länge des Steuerblatts von dem Ende am Oberteil (12) zu dem Ende am Unterteil (13) hin abgestuft reduziert ist (Fig. 3).

4. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenabsorptions- Kennlinie zumindest in demjenigen Neutronenabsorberelement (18 A), das dem Oberteil (12) benachbart ist, derart variiert ist, daß das der mittleren Verbindungsstange (14) ferne Ende des Neutronenabsorberelements (18 A) eine größere Neutronenabsorption aufweist als die übrigen Bereiche dieses Neutronenabsorberelements (Fig. 20, 21).

5. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Neutronenabsorberelemente mit Vorsprüngen (20) in Eingriff kommen und von diesen abgestützt werden, die mit vorbestimmten Abständen entlang der Achse der mittleren Verbindungsstange von jedem Vorsprung der mittleren Verbindungsstange abstehen.

6. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Hilfs-Handhabe (23) an dem dem Oberteil (13) be­ nachbarten Neutronenabsorberelement (18 a) an einem Abschnitt in der Nähe der mittleren Verbindungsstange (14) vorgesehen ist.

7. Steuerblatt nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem in entsprechenden Abschnitten der Wände der Mantelplatte (15) und der Neutronenabsorberplatten (18 a ₁, 18 a ₂,...) Wasserdurchgangslöcher (32, 33 a, 33 b) ausgebildet sind, durch die ein Moderator in den Wasser­ spalt (25) eingeleitet werden kann.

8. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Neutronenabsorberplatte aus Metall, insbesondere Hafnium, besteht, und bei dem einander gegenüberliegende Absorberplatten durch Distanzstücke (24) voneinander beab­ standet sind, die den Wasserspalt (25) zwischen gegenüber­ liegenden Neutronenabsorberplatten (18 a ₁, 18 a ₂ ...) bilden.

9. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Neutronenabsorberelement (18 A) durch ein Paar Neutronenabsorberplatten (38 a, 38 b) gebildet wird, die einander gegenüberliegend in der Mantelplatte (15) angeordnet sind, wobei die Enden der Neutronenabsorber­ platten (18 A), die der mittleren Verbindungsstange (14) abgewandt sind, mit einer äußeren Verbindungsstange (40) verbunden sind (Fig. 21, 22).

10. Steuerblatt nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Neutronenabsorberplatten (38 a, 38 b) rechtwinklige Form aufweisen, wobei beide Enden in Richtung auf die andere Absorberplatte desselben Absorberelements gebogen sind, so daß ein Spalt (25) zwischen den sich gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten durch die Biegungen an beiden Enden der gegenüberliegenden Platten frei bleibt.

11. Steuerblatt nach Anspruch 8 oder 9, bei dem beide Enden jeder der sich gegenüberliegenden Neutronenabsorber­ platten (51 a, 51 b) mit unterschiedlichen Krümmungen ver­ sehen sind, und bei dem die sich gegenüberliegenden Absorberplatten (51 a, 51 b) derart angeordnet sind, daß das eine Ende der einen Platte das benachbarte Ende der anderen Platte umgreift (Fig. 27).

12. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Neutronenabsor­ berelement (18 B) aus einer metallischen Absorberplatte (41 a, 41 b), zum Beispiel aus Hafnium, gebildet ist, welche zu einem U-förmigen Querschnitt gebogen ist, wobei zwischen den beiden Wänden der U-Form Distanzstücke (42) vorgesehen sind, die den Wasserspalt (25) zwischen den Wänden der Neutronenabsorberplatte (41 a, 41 b) bilden (Fig. 23).

13. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Neutronenabsorberelement (18 C) eine zum Beispiel aus Hafnium bestehende metallische Absorberplatte (46) ist, die zu einem tiefen U-förmigen Querschnitt gebogen ist, wobei die gegenüberliegenden Wände der Platte in Breiten­ richtung konvex ausgebildete Bereiche in der Mitte auf­ weist, durch die der Wasserspalt (25) zwischen den Wänden der Neutronenabsorberplatten gebildet wird (Fig. 24).

14. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Neutronenabsorberelement (18 D) aus einer zum Beispiel aus Hafnium bestehenden, metallischen Neutronenabsorberplatte (48 a) besteht, die zu einem tiefen U-Querschnitt gebogen ist, dessen offenes Ende durch ein Distanzstück (40) auf Abstand gehalten ist.

15. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Neutronenabsorberelemente (18 a ₁, 18 a ₂, ....) mittels Abstütz-Distanzstücken (24, 30, 39) an der Mantelplatte befestigt und von dieser gehalten sind, wobei die Distanzstücke in einem vorbestimmten Intervall in axialer Richtung der mittleren Verbindungsstange (14) an der Mantelplatte (15) vorgesehen sind.

16. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Neutronenabsorberelement (18) mehrere metallische Neutronenabsorberplatten (51 a, 51 b), die zum Beispiel aus Hafnium bestehen, aufweist, welche derart angeordnet sind, daß sie sich einander in Dickenrichtung des Flügels gegenüberliegen, wobei die Neutronenabsorberplatten durch abstützende Distanzstücke (50) voneinander auf Abstand gehalten werden, um dazwischen den Wasserspalt (25) zu bilden.

17. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Neutronenabsorberelemente an ihren benachbarten Enden teilweise überlappt sind.

18. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der axialer Spalt zwischen benachbarten Neutronenabsorberelementen (18 A) von derjenigen Neutronenabsorberplatte (18Aa, 18Ab) abgedeckt ist, die diesem Spalt in Dickenrichtung des Flügels gegenüberliegt.

19. Steuerblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den jeweiligen benachbarten Neutronenabsorberelementen (18 B, 18 C, 18 D, 18 E) gebildeten axialen Lücken so angeordnet sind, daß sie nicht die gleiche Horizontalebene einnehmen.

20. Steuerblatt für Kernraktoren, umfassend: ein Oberteil (102, 202), ein Unterteil (103, 203), eine mit Radialvorsprüngen ausgestattete und Oberteil und Unterteil zusammenhaltende mittlere Verbindungsstange (104, 204), und Flügel (107, 207), die aus Mantelplatten (105, 205) mit etwa U-förmigem Querschnitt und befestigt am Ende jedes Vorsprungs der mittleren Verbindungsstange (104, 204) und einem Langzeit-Neutronenabsorber (106, 130, 206), der in jeweils eine Mantelplatte (105, 205) eingesetzt ist, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenabsorber in jedem Flügel (107, 207) zusammengesetzt ist aus mehreren Neutronenabsorberplatten oder -blättern (106 a, 130 b, 206 b), zum Beispiel aus Hafnium, die voneinander in Dickenrichtung des Flügels (107, 207) mittels abstützender Distanzstücke (108, 210) derart beabstandet sind, daß zwischen den sich gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten (106 a, 206 b) ein Wasserspalt (110) gebildet wird, der die Strömung eines Moderators leitet, wobei zwischen der Außenfläche jeder Neutronenabsorberplatte (106 a, 130 b, 206 b) und der benachbarten Innenfläche jedes Mantels (105, 205) ein Wasserdurchgang (111) gebildet ist.

21. Steuerblatt nach Anspruch 20, bei dem zwischen den Seitenoberflächen und den Endflächen (206 c) der Neutronen­ absorberplatten (106 a, 206 b) und den gegenüberliegenden Flächen (104 a, 204 a) der mittleren Verbindungsstange (104, 204), dem Oberteil (102, 202) und dem Unterteil (103, 203) Wasserdurchgangsräume (112 a, S, 215) gebildet sind.

22. Steuerblatt nach Anspruch 20 oder 21, bei dem die abstützenden Distanzstücke (108) jeweils einen Distanzab­ schnitt (117), der mit den sich gegenüberliegenden Absorberplatten (106 a) in Eingriff kommt, um einen vorbestimmten Abstand zwischen den Platten aufrechtzuerhalten, und von den Mitten der beiden Seiten des Distanzabschnitts (117) vorstehende Stützschenkel (118) aufweist, wobei der Distanzabschnitt (117) auf beiden Oberflächen mit Wasserdurchlaufnuten (119) ausgestattet ist.

23. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem der Wasserdurchgang (111, S) dadurch gebildet ist, daß die Mantelplatte (105, 205) derart mit Vertiefungen oder Grübchen versehen ist, daß die Rückseite der Mantelplatte an den den Vertiefungen oder Grübchen (123, 205 a) entspre­ chenden Stellen nach innen vorsteht, um an der benachbarten Neutronenabsorberplatte (106 a, 206 b) anzustoßen und dadurch einen Spalt (111) zu bilden, der den Wasserdurchgang zwischen der Mantelplatte (105, 205) und der Neutronen­ absorberplatte (106 a, 206 b) bildet.

24. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem der Wasserdurchgang dadurch gebildet ist, daß die Neu­ tronenabsorberplatte mit Vertiefungen versehen ist, derart, daß die Außenseite der Platte an den den Vertiefungen ent­ sprechenden Stellen nach außen vorsteht und gegen die Mantelplatte anschlägt und so einen Spalt bildet, der den Wasserdurchgang zwischen Mantelplatte und Neutronenabsor­ berplatte darstellt.

25. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem der Wasserdurchgangsraum (112 a) dadurch gebildet ist, daß die Endflächen der mittleren Verbindungsstange (104) und/oder des Oberteils (102) und/oder des Unterteils (103) einerseits und die gegenüberliegenden Seitenflächen (113 a) jeder Neutronenabsorberplatte (106 a) andererseits mit Abfasungen versehen ist.

26. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem die Neutronenabsorberplatte über den Umfang mit Ab­ fasungen versehen ist, so daß der Wasserdurchgangsraum zwischen den abgefasten Abschnitten der Absorberplatte (106 a, 206 b) und Abschnitten der mittleren Verbindungs­ stange (104, 204), des Oberteils und des Unterteils sowie die Innenfläche der Mantelplatte (105, 205) am äußeren Ende des Flügels gebildet wird.

27. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem der Neutronenabsorber (130) in Richtung der Achse der mittleren Verbindungsstange (104) in mehreren Neutronenab­ sorberelemente (130 a) unterteilt ist, von denen jedes durch mehrere Neutronenabsorberplatten (130 b) gebildet wird, die so angeordnet sind, daß sie sich in Dickenrichtung des Flügels (107) gegenüberliegen, daß die Mantelplatte (105) mit geradlinigen nach innen gerichteten Vertiefungen (131) ausgestattet ist, die sich in Breitenrichtung des Flügels (107) derart erstrecken, daß die Innenflächen der Mantel­ platten (105) in den den nach innen gerichteten Vertiefungen (131) entsprechenden Bereichen in den axialen Spalt zwischen benachbarten Neutronenabsorberelementen (130 a) vorstehen (Fig. 42 bis 44).

28. Steuerblatt nach Anspruch 27, bei dem jede der geradlinigen Vertiefungen (131) mit einer Kerbe (132 b), die in einem Bereich der Mantelplatte (105) am äußeren Ende des Flügels (107) ausgebildet ist, und einer Kerbe (132 b), die in einem Abschnitt der Mantelplatte (105), in dem die Mantelplatte an der mittleren Verbindungsstange (104) be­ festigt ist, in Verbindung steht.

29. Steuerblatt nach Anspruch 27 und 28, bei dem der Flügel (107) eine obere, erste Zone, eine mittlere, zweite Zone und eine untere, dritte Zone aufweist, und daß die erste, die zweite und die dritte Zone im wesentlichen gleiche Länge in Axialrichtung der mittleren Verbindungs­ stange (104) aufweisen, und daß die geradlinige Ausnehmung (131) in der zweiten Zone gelegen ist.

30. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 24 bis 29, bei dem die axialen Lücken, die zwischen den benachbarten Neutronenabsorberplatten der jeweiligen Absorberelemente gebildet sind, von den gegenüberliegenden Neutronenabsor­ berplatten überdeckt sind.

31. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 30, bei dem der Neutronenabsorber (106) in Richtung der Achse der mittleren Verbindungsstange (104) in mehrere Neutronenab­ sorberelemente (106) unterteilt ist und die Mantelplatte (105) ebenfalls in Richtung der Achse der mittleren Verbin­ dungsstange (104) in mehrere Mantelplatten-Elemente (105) an solchen Stellen unterteilt ist, an denen der Neutronen­ absorber (106) unterteilt ist, daß die Mantelplattenele­ mente (105 a) derart angeordnet sind, daß sich in Breiten­ richtung des Flügels (107) eine vorbestimmte axiale Lücke (d) erstreckt, die sich zwischen zwei axialen Stirnseiten benachbarter Mantelplattenelemente (105 a) befindet, daß die axialen Stirnflächen mit Passnuten (135) ausgestattet sind, die verschieblich einen tafelförmigen Neutronenabsorber (137) aufnehmen, so daß die benachbarten Mantelplattenele­ mente (105 a) über den tafelförmigen Neutronenabsorber (137) expandierbar und kontrahierbar verbunden sind (Fig. 48).

32. Steuerblatt nach Anspruch 31, bei dem der Flügel (107) eine obere, erste Zone, eine mittlere, zweite Zone und eine untere, dritte Zone aufweist, die erste, die zweite und die dritte Zone im wesentlichen gleiche Länge in Axialrichtung der mittleren Verbindungsstange (104) aufweisen, und die axiale Lücke (d) zwischen benachbarten Mantelplattenelementen in der Nähe der zweiten Zone gelegen ist.

33. Steuerblatt nach Anspruch 31 oder 32, bei dem jeder Flügel (107) mit einer langgestreckten Neutronenabsorber­ stange (140) aus Hafnium ausgestattet ist, die sich durchgehend entlang der Außenkante des Flügels (107) über die Mantelplattenelemente (105 a) erstreckt.

34. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (107) eine lang­ gestreckte Neutronenabsorberstange (140 a) aus Hafnium auf­ weist, die entlang der Außenkante des Flügels (107) und benachbart dem Langzeit-Neutronenabsorber (130) angeordnet ist, daß der Langzeit-Neutronenabsorber (130) in Richtung der Achse der mittleren Verbindungsstange (104) in mehrere Neutronenabsorberelemente (130 a) unterteilt ist, von denen sich jedes aus mehreren Absorberplatten (130 b) zusammen­ setzt, die einander gegenüberliegend in Dickenrichtung des Flügels (107) derart angeordnet sind, daß ein Wasserspalt (110) zum Leiten eines Moderatorflusses zwischen einander gegenüberliegenden Absorberplatten gebildet ist, und daß die Absorberplatten (130 b) miteinander Wasserdurchgänge (111) zwischen ihren Außenseiten und den benachbarten Innenflächen der Mantelplatte (105) bilden.

35. Steuerblatt nach Anspruch 34, bei dem die langge­ streckte Neutronenabsorberstange (140 a) aus Hafnium die Form eines hohlen Rohrs hat.

36. Steuerblatt nach Anspruch 34 oder 35, bei dem die Mantelplatte (105) mit nach innen gerichteten Einsenkungen versehen ist, so daß die Spitzen der nach innen gerichte­ ten, durch die Einsenkungen gebildeten Vorsprünge die Außenflächen der benachbarten Absorberplatten (130 b) be­ rühren, wodurch Wasserdurchgänge (111) vorbestimmter Breite zwischen den Innenflächen der Mantelplatte (105) und den Außenflächen der benachbarten Absorberplatten (130) gebildet werden.

37. Steuerblatt für Kernreaktoren, umfassend ein Oberteil (202), ein Unterteil (203), eine mit Radial­ vorsprüngen versehene und Oberteil und Unterteil verbinden­ de mittlere Verbindungsstange (204), und Flügel (207), die sich zusammensetzen aus Mantelplatten (205) mit jeweils U- förmigem Querschnitt, welche am Ende jeweils eines Vor­ sprungs der mittleren Verbindungsstange (204) befestigt sind und in die ein Langzeit-Neutronenabsorber (206) einge­ setzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenabsorber (206) in jedem Flügel (207) entlang der Achse der Verbindungsstange unterteilt ist in mehrere Neutronenabsorberelemente (206 a), die jeweils aus mehreren Neutronenabsorberplatten oder -blättern (206 b) bestehen, die voneinander beabstandet sind und einander gegenüberliegen, wobei mehrere Distanzstücke (210, 216) zwischen einander gegenüberliegenden Neutronenabsor­ berplatten (206 b) derart angeordnet sind, daß ein geradliniger Strömungsdurchgang für einen Moderator gebildet wird, der sich in axialer Richtung der Verbin­ dungsstange (204) erstreckt, wobei die Distanzstücke (210, 216) entlang der Achse der Verbindungsstange in etwa konstanten Intervallen (L ₁, L ₂, L ₃, L ₄) angeordnet sind, und in den Zonen zwischen benachbarten Neutronenabsorber­ platten (206 b) das Abstands-Intervall (L ₅) etwas reduziert ist.

38. Steuerblatt nach Anspruch 37, bei dem die Distanz­ stücke (210, 216) in Zickzackform oder versetzt in Richtung der Achse der mittleren Verbindungsstange (204) angeordnet sind.

39. Steuerblatt nach Anspruch 37 oder 38, bei dem die axialen Lücken zwischen den Neutronenabsorberplatten (206 b) benachbarter Neutronenabsorberelemente (206 a) durch die jeweils gegenüberliegende Absorberplatte (206 b) überdeckt ist.

40. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 39, bei dem die Neutronenabsorberplatte eine Hafnium-Platte ist.

41. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 40, bei dem der Wasserspalt zwischen den sich gegenüberliegenden Absorberplatten (206 b) durch Distanzstücke gebildet wird, die zwischen beiden Wänden der Mantelplatte (205) fixiert sind.

42. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 40, bei dem der Wasserspalt zwischen den sich gegenüberlie­ genden Neutronenabsorberplatten ( durch Distanzstücke (210) gebildet wird, die zwischen beiden Wänden der Mantel­ platte (205) fixiert sind, sowie durch Distanzstücke (216), die an einer der beiden sich gegenüberliegenden Absorber­ platten (206 b) fixiert sind.

43. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 42, bei dem die Mantelplatte lokal mit nach innen gerichteten Ein­ senkungen (205 a) zu versehen ist, durch die ein Wasser­ durchgang (S) zwischen der Innenseite jeder Wand der Mantelplatte (205) und der Außenfläche der benachbarten Absorberplatte (206 b) gebildet wird, und bei der die mitt­ lere Verbindungsstange (204) an ihren Seitenflächen mit Abfasungen versehen ist, die Mantelplatte (205) mit Wasserdurchgangslöchern (214) ausgestattet ist, die in der Nähe der abgefasten Abschnitte der mittleren Verbindungs­ stange verteilt angeordnet sind.

44. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 43, bei der die Seitenflächen des Oberteils und des Unterteils (202, 203), die den Neutronenabsorberplatten (206 b) gegenüberliegen, mit Abfasungen versehen sind, während die Mantelplatte (205) mit Wasserdurchgangslöchern (213) ausge­ stattet ist, die in der Nähe der abgefasten Abschnitte des Oberteils und des Unterteils verteilt angeordnet sind.

45. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 44, bei dem der Wasserspalt zwischen den sich gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten durch drahtähnliche Distanzstücke (220) offengehalten wird, die zwischen den Neutronenabsor­ berplatten (206 b) angeordnet sind.

46. Steuerblatt nach einem der Ansprüche 37 bis 45, bei dem drahtähnliche Distanzstücke (220) zwischen einander gegenüberliegenden Neutronenabsorberplatten (206) in der Zone nahe dem äußeren Ende des Flügels (207) angeordnet sind, die sich in Richtung der Achse der mittleren Verbin­ dungsstange (204) erstrecken.