DE3943681C2

DE3943681C2 - Absorber rod for nuclear reactors

Info

Publication number: DE3943681C2
Application number: DE3943681A
Authority: DE
Inventors: Makoto Ueda; Ritsuo Yoshioka; Tomonobu Sakuranaga; Yuichi Motora; Shigenori Shiga; Munenari Yamamoto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2009-02-10

Abstract

The absorber rod for a nuclear reactor comprises (1) several wings (13), each having a rectangular shape, the longitudinal axis of which extending in longitudinal direction of the absorber rod, whereby the wings are interconnected along their longest sides thus forming a cruciform cross-section of the absorber rod, (2) an upper end section fitted to the top end of each wing introduced into the reactor core, (3) a lower end section connected to the bottom end of each wing introduced into the reactor core, (4) a centre connecting element interconnecting the upper- and lower end section to support the wing and (5) an arrangement formed in the wing to accommodate a neutron absorber.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorberstab (im folgenden auch Steuerstab genannt) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Absorberstab ist aus dem "Tagungsbericht zur Jahrestagung Kerntechnik in München" (21.-23. Mai 1985) Seiten 679-682 bekannt. The invention relates to an absorber rod (hereinafter also called control staff) according to the preamble of claim 1. Such an absorber rod is from the "Report on the Annual Meeting on Nuclear Technology in Munich" (May 21-23, 1985) pages 679-682.

Der bekannte Absorberstab enthält flügelförmig angeordnete Platten, die mit unterschiedlichen Absorbermaterialien gefüllt sind. Die obere Region enthält Hafnium, während die untere Zone B₄C aufweist und eine mittlere Zone als Hybrid-Zone mit Hf und B₄C ausgebildet ist. Die Löcher zur Aufnahme des Absorbermaterials können als Bohrlöcher ausgebildet sein.The known absorber rod contains panels arranged in a wing shape, which are filled with different absorber materials. The upper region contains Hafnium, while the lower zone has B₄C and a middle zone as a hybrid zone is trained with Hf and B₄C. The holes for receiving the absorber material can be designed as boreholes.

Bei dem aus der US-PS 3 103 478 bekannten Absorberstab sind in den einzelnen Flügeln vertikal verlaufende Schlitze ausgebildet. Hierzu werden zunächst in das Plattenmaterial Löcher gebohrt und anschließend das Plattenmaterial ausgewalzt, wodurch sich die Löcher verflachen.In the absorber rod known from US-PS 3 103 478 are in the individual wings vertical slots are formed. To do this, first put in the sheet material Holes drilled and then rolled out the plate material, causing the holes flatten out.

In der US-PS 4 400 347 ist ein Absorberstab beschrieben, bei dem die Aufnahmekammern für das Absorbermaterial durch Platten mit wellenförmigem oder zickzackförmigem Querschnitt gebildet sind, die an einem plattenförmigen Träger angebracht sind.In US-PS 4,400,347 an absorber rod is described in which the receiving chambers for the absorber material by sheets with wavy or zigzag Cross-section are formed, which are attached to a plate-shaped carrier.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Querschnitt kreuzförmigen Absorber stab für einen Kernreaktor zu schaffen, der sich durch einfach herstellbare und ausreichen des Aufnahmevolumen bereitstellende Hohlräume in der unterhalb der oberen Zone liegenden Zone auszeichnet. The invention has for its object a cross-sectionally shaped absorber to create a rod for a nuclear reactor that is easy to manufacture and sufficient of the receiving volume cavities in the below the upper zone zone.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features mentioned in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Absorberstab sind die Hohlräume in Form von Langlöchern mit teilweiser Überlappung benachbarter Löcher kreisförmigen Querschnitts ausgebildet. In the absorber rod according to the invention, the cavities are in the form of elongated holes formed with partial overlap of adjacent holes of circular cross-section.

Die Erfindung schafft die Möglichkeit, die Menge des Neutronenabsorbers, der in zweiten Zone untergebracht ist, zu optimieren, und zwar durch Änderung der Form der Aufnahmelöcher in der zweiten Zone, so daß dadurch die Lochkapazität pro Längeneinheit in Längsrichtung des Flügels im Vergleich zu den übrigen Zonen erhöht ist. The invention enables the amount of Neutron absorber, which is housed in the second zone, to optimize, by changing the Shape of the receiving holes in the second Zone, so that thereby the hole capacity per unit length in Longitudinal direction of the wing compared to the other zones is increased.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The following are exemplary embodiments of the invention hand of the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Kernreaktor-Absorberstabs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 is a partially sectioned front view of a nuclear reactor-absorber rod according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2A, 2B eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Hafniumanteil und dem Neutro nenabsorptionsverhältnis bzw. der Dichte, Fig. 2A, 2B is a graph showing the relationship between the hafnium and the Neutro nenabsorptionsverhältnis or density,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der axialen Lage des Kerns und der Spaltstoffanreicherung, Fig. 3 is a graph showing the relationship between the axial position of the core and the fissile material enrichment,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der axialen Lage des Kerns, dem Neutronenmultiplikationsfaktor und der Reaktorabschaltgrenze, Fig. 4 is a graph showing the relationship between the axial position of the core, the neutron multiplication factor and the Reaktorabschaltgrenze,

Fig. 5 eine Grafik der Beziehung zwischen der axia len Position des Kerns und der Neutronenbe strahlungsrate,5 shows the radiation rate. A graph of the relationship between the axia len position of the core and the Neutronenbe,

Fig. 6 eine Grafik der axialen Verteilung einer Neutronenabsorptionskennlinie des in Fig. 1 dargestellten Steuerstabs, Fig. 6 is a graph of the axial distribution of neutron absorption characteristic of the control rod shown in Fig. 1,

Fig. 7 eine Grafik der axialen Verteilung der nuklearen Lebensdauer des Steuerstabs nach Fig. 1, Fig. 7 is a graph of the axial distribution of the nuclear lifetime of the control rod according to Fig. 1,

Fig. 8 eine Grafik der axialen Verteilung des Neu tronenmultiplikationsfaktors des Steuerstabs nach Fig. 1, im Vergleich mit der entspre chenden Verteilung eines herkömmlichen Stabs, Fig. 8 is a graph of the axial distribution of the New tronenmultiplikationsfaktors of the control rod according to Fig. 1, in comparison with the entspre sponding distribution of a conventional rod,

Fig. 9 eine Grafik der axialen Verteilung der tat sächlichen nuklearen Lebensdauer des Steuer stabs, dargestellt als Neutronenmultiplika tionsfaktor des Steuerstabs nach Fig. 1 im Vergleich zu der entsprechenden Verteilung bei einem herkömmlichen Steuerstab, Figure 9 is a graph of the axial distribution of the nuclear lifetime did extraneous stabs. Of the control, portrayed as Neutronenmultiplika tion factor of the control rod of FIG. 1 in comparison with the corresponding distribution for a conventional control rod,

Fig. 10 eine Schnittansicht eines Beispiels für die Form und Ausgestaltung der Aufnahmelöcher in dem Steuerstab gemäß Fig. 1, Fig. 10 is a sectional view of an example of the shape and configuration of the receiving holes in the control rod according to Fig. 1,

Fig. 11 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Steuerstabs gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung, Fig. 11 is a partially sectioned view of a control rod according to another exporting approximately of the invention,

Fig. 12 ein Diagramm der Schrittweite der Aufnahme löcher in den Flügeln der oben erwähnten Steuerstäbe, Fig. 12 is a diagram of the step size of the receiving holes in the wings of the above-mentioned control rods

Fig. 13 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen den Abständen der Aufnahmelöcher, der Menge des eingepackten Neutronenabsor bers und dem Reaktivitätswert (relativer Wert), Fig. 13 is a graph showing the relationship between the distances of the receiving holes, the amount of packed Neutronenabsor bers and the reactivity (relative value),

Fig. 14 eine Teilschnittansicht eines Flügels, der der Zone W in Fig. 10 entspricht und den Aufbau des Flügels darstellt, der mit Mit teln ausgestattet ist, die einem Ausbeulen entgegenwirken, Fig. 14 is a partial sectional view of a wing, which corresponds to the zone W in FIGS. 10 and illustrating the construction of the wing, which is equipped with with stuffs to counteract buckling,

Fig. 15 und 16 Schnittansichten modifizierter Formen der Ausführungsform nach Fig. 14, FIGS. 15 and 16 are sectional views of modified forms of the embodiment of Fig. 14,

Fig. 17 eine Teilschnittansicht eines Flügels, der beispielsweise dem in Fig. 10 dargestellten Flügelabschnitt entspricht und den Aufbau des Flügels mit einer Einrichtung gegen ein Ausbeulen darstellt, und FIG. 17 is a partial sectional view of a wing which corresponds, for example, to the wing section shown in FIG. 10 and shows the structure of the wing with a device against bulging, and

Fig. 18, 19 vergrößerte Teilansichten des Abschnitts XXXIV in Fig. 17. Fig. 18, 19, enlarged partial views of the portion XXXIV in Fig. 17.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Absorberstabs (Reaktor-Steuerstabs) 10. Fig. 1 shows a first embodiment of an absorber rod (reactor control rod) from 10.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Steuerstab 10 so aufge baut, daß innere Enden mehrerer rechtwinkliger Flügel 13 mit einem Verbindungsglied 12 derart verbunden sind, daß - in Längsrichtung betrachtet - eine Kreuzform entsteht. In jedem Flügel 13 ist Raum gebildet, in welchen Neutronenabsorber gepackt werden. Das obere Einsetzende und das untere Einsetzende jedes Flügels 13 sind an einem oberen Endstück 10a bzw. einem unteren End stück 10b befestigt, um so die mechanische Festigkeit des Steuerstabs zu erhöhen. An dem oberen Endstück 10a ist eine Handhabe 10c einstückig angeformt. In jedem Flügel 13 be finden sich mehrere Aufnahmelöcher 14. Die Aufnahmelöcher 14 sind in Längsrichtung des Flügels 13 von dem oberen Einsetzende 10a aus über eine Strecke L ange ordnet, wobei die Strecke L der gesamten axialen Länge des Reaktorkerns entspricht.As is apparent from Fig. 1, the control rod 10 is built up so that inner ends of a plurality of right-angled wings 13 are connected to a connecting member 12 such that - viewed in the longitudinal direction - a cross shape is formed. Space is formed in each wing 13 in which neutron absorbers are packed. The upper insertion end and the lower insertion end of each wing 13 are attached to an upper end piece 10 a and a lower end piece 10 b so as to increase the mechanical strength of the control rod. At the upper end 10 a, a handle 10 c is integrally formed. In each wing 13 there are several receiving holes 14 . The receiving holes 14 are arranged in the longitudinal direction of the wing 13 from the upper insertion end 10 a over a distance L, the distance L corresponding to the entire axial length of the reactor core.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist jeder Flügel 13 in mehrere Abschnitte unterteilt, in welchen Neutronenabsorber mit unterschiedlichen Kennlinien untergebracht sind, wobei die Kennlinien jeweils von der Neutronenbestrahlungsrate und dem erforderlichen Reaktivitätswert abhängen, und an einigen Stellen ist jeweils ein Gasplenum oder Gashohlraum ausgebildet. As can be seen from FIG. 1, each wing 13 is divided into several sections, in which neutron absorbers with different characteristic curves are accommodated, the characteristic curves depending on the neutron irradiation rate and the required reactivity value, and a gas plenum or gas cavity is formed in some places .

In einer Zone l₄ des oberen Einsetzendes ist die Neutro nenbestrahlungsrate hoch, jedoch ist ein ziemlich hoher Re aktivitätswert aufgrund des im Material des Flügels 13 ent haltenen Hafniums vorhanden. Deshalb ist in den Aufnahmelö chern 14 innerhalb der Zone l₄ kein Neutronenabsorber un tergebracht, so daß die Aufnahmelöcher 14 als Gasplenum 16 dienen.In a zone l₄ of the upper insertion end, the neutron irradiation rate is high, but a rather high activity value is present due to the hafnium contained in the material of the wing 13 . Therefore, no neutron absorber is accommodated in the receiving holes 14 within the zone 1₄, so that the receiving holes 14 serve as a gas plenum 16 .

Innerhalb einer Zone l₅ unmittelbar unterhalb der Zone L₄, also dort, wo die Neutronenbestrahlungsrate besonders hoch ist, befindet sich ein langlebiger Neutronenabsorber 17 beispielsweise aus einem Hafniummaterial in jedem der Aufnahmelöcher 14. Wenn in der Zone l₅ Borkarbid (B₄C) untergebracht ist, besteht die Gefahr einer Abnahme der Lebensdauer.Within a zone 1₅ immediately below the zone L₄, ie where the neutron irradiation rate is particularly high, there is a long-life neutron absorber 17, for example made of a hafnium material, in each of the receiving holes 14 . If boron carbide (B₄C) is accommodated in zone l, there is a risk of a decrease in the service life.

In der unmittelbar unter der Zone l₅ anschließenden Zone l₆ ist ein ein hohes Reaktivitätsäquivalent aufweisender Neu tronenabsorber 18, beispielsweise Borkarbid (B₄C), unterge bracht, da in dieser Zone ein gewisses hohes Maß an Reakti vitätsäquivalenz (Neutronenabsorptionsfähigkeit) vorhanden sein muß, obschon in dieser Zone die Neutronenbestrahlungs rate vergleichsweise hoch ist. Der Grad der Reaktivitäts äquivalenz von Borkarbid ist höher als bei einem Hafniummaterial in bezug auf die gleiche Pac kungskapazität.In the zone l₆ immediately below the zone l₅, a high reactivity equivalent having neutron absorber 18 , for example boron carbide (B₄C), is accommodated, since in this zone a certain high degree of reactivity equivalency (neutron absorption capacity) must be present, although in this Zone the neutron irradiation rate is comparatively high. The degree of reactivity equivalence of boron carbide is higher than that of a hafnium material in terms of the same packing capacity.

Als Neutronenabsorber 17 für die Aufnahmelöcher 14 in dem oberen Endabschnitt, der in den Kern eingeführt wird, kann ein Material verwendet werden, welches aus einer oder zwei der folgenden Substanzen ausgewählt ist, um die Lebensdauer zu erhöhen: Hafnium (Hf), Hafnium-Zirkonium-Legierung (Hf- Zr), Hafnium-Titan-Legierung (Hf-Ti), Silber-Indium- Cadmium-Legierung und Oxide aus Seltene-Erden-Elementen wie z. B. Europiumoxid (Eu₂O₃), Dysprosiumoxid (Dy₂O₃), Gadolinumoxid (Gd₂O₃) oder Samariumoxid (Sm₂O₃). Der Neutronenabsorber 17 erzeugt bei der Reaktion mit Neutronen kein Heliumgas. Deshalb verhindert die Verwendung des Neutronenabsorbers das Auftreten von Ausbeulungen oder Schwellungen um das Gehäuseloch 14 herum und verringert die Möglichkeit übermäßiger Spannungen in dem Flügel 13 wegen Ausbeulungen.As the neutron absorber 17 for the receiving holes 14 in the upper end portion inserted into the core, a material selected from one or two of the following substances can be used to increase the life: hafnium (Hf), hafnium-zirconium -Alloy (Hf-Zr), hafnium-titanium alloy (Hf-Ti), silver-indium-cadmium alloy and oxides of rare earth elements such as B. europium oxide (Eu₂O₃), dysprosium oxide (Dy₂O₃), gadolinium oxide (Gd₂O₃) or samarium oxide (Sm₂O₃). The neutron absorber 17 does not generate helium gas when reacting with neutrons. Therefore, the use of the neutron absorber prevents bulges or swellings from occurring around the housing hole 14 and reduces the possibility of excessive stress in the wing 13 due to bulges.

In einer Zone W, die dadurch definiert wird, daß man von der Zone l₂ jedes Flügels 13 die Zonen l₄ bis l₆ abzieht, ist die Neutronen-Bestrahlungsrate vergleichsweise gering, jedoch reduziert sich die Unterkritizität bezüglich dieser Zone, wenn der Steuerstab vollständig abgesenkt wird, um den Reaktor abzuschalten. Deshalb ist es notwendig, in die Zone W eine große Menge von Neutronenabsorbermaterial zu packen, welches ein hohes Reaktivitätsäquivalent aufweist. Folglich wird diese Zone mit Aufnahmelöchern 14a versehen, die in Axialrichtung vergrößerte diame trale Abmessungen aufweisen und dicht an dicht in Axial richtung angeordnet sind, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Die Menge des in den Gehäuselöchern 14a untergebrachten Neutronenabsorbers 18 mit hohem Reaktivi tätsäquivalent ist größer.In a zone W, which is defined by subtracting zones l₄ to l₆ from zone l₂ of each wing 13 , the neutron irradiation rate is comparatively low, but the subcriticality with respect to this zone is reduced if the control rod is completely lowered, to shut down the reactor. It is therefore necessary to pack a large amount of neutron absorber material into zone W which has a high reactivity equivalent. Consequently, this zone is provided with receiving holes 14 a, which have enlarged diametrical dimensions in the axial direction and are arranged close to one another in the axial direction, as shown in FIG. 10. The amount of neutron absorber 18 housed in the housing holes 14 a with high reactivity equivalent is greater.

Es ist nicht nötig, den Reaktivitätswert einer unteren Zone l₃ jedes Flügels 13 zu erhöhen. Deshalb sind in dieser Zone die Aufnahmelöcher 14, die mit einem Neutronenabsorber 18 eines hohen Reaktivitätsäquivalents gefüllt sind, z. B. Bor karbid (B₄C), mit Gaskammern 16 ausgestattet. Das Gasplenum 16 befindet sich in der Zone l₃, die sich von einem unteren Einsetzende O jedes Flügels 13 in Richtung auf ein oberes Einsetzende H desselben Flügels bis zu einer Stelle er streckt, die die Hälfte der gesamten Axiallänge L ausmacht. Die Gaskammern 16 sind durch die Aufnahmelöcher 14 gebil det, in denen sich kein Neutronenabsorber befindet. Wichtig ist es, einen hohen Reaktivitätswert in einem Abschnitt in der Nähe des unteren Einsetzendes O vorzusehen, und deshalb können die Gaskammern 16 in kleineren Abständen angeordnet sein, wie aus Fig. 1 hervorgeht.It is not necessary to increase the reactivity value of a lower zone l₃ of each wing 13 . Therefore, in this zone, the receiving holes 14 , which are filled with a neutron absorber 18 of a high reactivity equivalent, for. B. Boron carbide (B₄C), equipped with gas chambers 16 . The gas plenum 16 is located in zone l₃, which extends from a lower insertion end O of each wing 13 towards an upper insertion end H of the same wing to a point which makes up half of the total axial length L. The gas chambers 16 are formed through the receiving holes 14 , in which there is no neutron absorber. It is important to provide a high reactivity value in a section near the lower insertion end O, and therefore the gas chambers 16 can be spaced closer together, as shown in FIG. 1.

Die Öffnungen der Aufnahmelöcher 14 und 14a jedes Flügels 13 stehen miteinander über einen Kanal 19 in Verbindung, der in dem äußeren Kantenbereich jedes Flügels 13 ausgebil det ist, so daß ein in den Zonen 12 und 13 erzeugtes Gas durch den Kanal 19 in die Gaskammern 16 gelangen kann. Der Druck des in sämtlichen Aufnahmelöchern 14 und 14a befind lichen Heliumgases innerhalb der Zonen 12 und 13 wird da durch ausgeglichen.The openings of the receiving holes 14 and 14 a of each wing 13 communicate with each other via a channel 19 , which is ausgebil det in the outer edge region of each wing 13 , so that a gas generated in the zones 12 and 13 through the channel 19 into the gas chambers 16 can reach. The pressure of the in all receiving holes 14 and 14 a Liche helium gas within zones 12 and 13 is balanced by.

Entlang des Ka nals 19 ist eine Hafniumstange 20 mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt angeordnet, wobei Kantenbereiche des Flügels derart gebogen sind, daß sie die Hafniumstange 20 umschlin gen. Verbindungsabschnitte der Flügel-Kantenabschnitte sind miteinander durch eine Nahtschweißung verbunden, so daß der Flügel 13 eine einstückige Struktur aufweist.Along the Ka Nals 19 is a Hafniumstange 20 is arranged with an approximately semicircular cross section, said edge regions of the blade are bent such that the Hafniumstange 20 umschlin gen. Joint portions of the wing-edge portions are joined together by a seam weld, so that the wing 13 is a one-piece Has structure.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Flügel 13 aus ei ner Legierung gebildet, die dadurch erhalten wird, daß man einen langlebigen Neutronenabsorber wie bei spielsweise Hafnium (Hf) mit einem leichten Partner wie beispielsweise Zirkonium (Zr) oder Titan (Ti) legiert. Die Legierung wird derart gebildet, daß der Hafniuman teil konstant 20 bis 90 Gew.-% beträgt, und damit über die gesamte axiale Länge L des Flügels 13 gleich mäßig ist. Es ist aber auch möglich, den Hafniumanteil von dem oberen Einsetzende aus in Richtung auf das untere Einsetz ende nach Maßgabe der Reaktivitätsverteilung in axialer Richtung graduell zu reduzieren.In this embodiment, each wing 13 is formed of an alloy obtained by alloying a long-life neutron absorber such as hafnium (Hf) with a light partner such as zirconium (Zr) or titanium (Ti). The alloy is formed in such a way that the hafnium part is constantly 20 to 90% by weight, and is therefore uniform over the entire axial length L of the wing 13 . However, it is also possible to gradually reduce the hafnium content from the upper insertion end in the direction of the lower insertion end in accordance with the reactivity distribution in the axial direction.

Der Reaktivitätswert oder Neutronenabsorptionskennwert des Flügels 13 schwankt abhängig von der Dicke t des aus der Hf-Zr-Legierung bestehenden Abschnitts, dem Mittenabstand P der Aufnahmelöcher 14, dem Durchmesser D der Aufnahmelö cher, dem Hf-Anteil in der Legierung usw. Das heißt: Wie aus Fig. 2A hervorgeht, werden die Neutronen von dem B₄C allein absorbiert, wenn die Legierung kein Hf enthält und wenn kein Neutronenabsorber 17 vorhanden ist. Mit zunehmendem Hf-Anteil nimmt der Anteil der Neutronenabsorp tion des B₄C ab, während die Summe der Anteile der Neutro nenabsorption von Hf und B₄C gering zunimmt. Hinsichtlich einer Zusammensetzung, in der der Hf-Anteil mehr als 30 Gew.-% beträgt, wird die Geschwindigkeit, mit der die Gesamtabsorption zunimmt, kleiner.The reactivity value or neutron absorption characteristic of the wing 13 fluctuates depending on the thickness t of the section consisting of the Hf-Zr alloy, the center distance P of the receiving holes 14 , the diameter D of the receiving holes, the Hf content in the alloy, etc. That is: As is apparent from Fig. 2A, the neutrons are absorbed by the B keinC alone when the alloy contains no Hf and when there is no neutron absorber 17 . The proportion of neutron absorption of B₄C decreases with increasing Hf content, while the sum of the proportions of neutron absorption of Hf and B₄C increases slightly. With respect to a composition in which the Hf content is more than 30% by weight, the rate at which the total absorption increases becomes slower.

In einer Zone, in der die Neutronenbestrahlungsrate ver gleichsweise gering ist und allein eine Zunahme des Reakti vitätswerts benötigt wird, wird der Anteil des durch eine lange Lebensdauer gekennzeichneten Hafniums auf einen ge ringeren Wert eingestellt. Der Neutronenabsorptionsfaktor erreicht keinerlei Sättigungspunkt, während der Hf-Anteil zunimmt, und die Reaktivität nimmt mit zunehmendem Hf-An teil zu, wenn auch mit geringem Zuwachs.In a zone in which the neutron irradiation rate ver is equally small and only an increase in the reacti value is required, the share of the long life of labeled hafnium on a ge lower value set. The neutron absorption factor does not reach any saturation point, while the Hf component increases and the reactivity increases with increasing Hf-An partly too, albeit with little growth.

Da allerdings gemäß Fig. 2B die Dichte der Legierung mit zunehmendem Hf-An teil ansteigt, ist es nachteilig, den Hf-Anteil oberhalb eines gewissen Pegels einzustellen, da dies zu einer be trächtlichen Zunahme des Gesamtgewichts und auch zu erhöh ten Herstellungskosten führt.However, since the density of the alloy increases with increasing Hf content according to FIG. 2B, it is disadvantageous to set the Hf content above a certain level, since this leads to a considerable increase in the total weight and also to increased manufacturing costs.

Andererseits sollte in einer Zone, in der eine Zunahme der Lebensdauer gewünscht ist, der Hf-Anteil erhöht werden, um ein höheres Verhältnis des Neutronenabsorptions-Faktors durch das Hf im Vergleich zu dem Neutronenabsorptions-Fak tor des B₄C zu erhalten. In der Praxis ist es zu bevorzugen, einen Hf-Anteil von 30 bis 70 Gew.-% zu wählen.On the other hand, in a zone where there is an increase in Lifetime is desired, the HF content can be increased to a higher ratio of the neutron absorption factor by the Hf compared to the neutron absorption factor gate of the B₄C. In practice it is it is preferable to choose an Hf content of 30 to 70% by weight.

Wirtschaftlicher ist es, den Hf-Anteil in der oberen Zone l₂ zu variieren gegenüber der unteren Zone l₃, da in erste rer Zone die Neutronenbestrahlungsrate hoch und in der l₃ vergleichsweise niedrig ist. Das heißt: Es ist möglich, den Anteil von Hafnium, welches teuer ist, zu minimieren, indem man den Hf-Anteil von dem oberen Einsetzende in Richtung auf das untere Einsetzende O reduziert.It is more economical to use the HF portion in the upper zone l₂ to vary compared to the lower zone l₃, because in the first rer zone the neutron irradiation rate high and in the l₃ is comparatively low. That means: It is possible that To minimize the proportion of hafnium, which is expensive, by the Hf component from the top end of the insertion towards reduced to the lower end of insertion O.

Wie in Fig. 2B gezeigt ist, ändert sich die Dichte der Legierung mit dem Ändern des Hf-An teils. Der optimale Hf-Anteil bestimmt sich unter Berück sichtigung der Lastbeständigkeit des Steuerstab-Antriebsme chanismus, des gewünschten Reaktivitätsäquivalents und der gewünschten Lebensdauer.As shown in Fig. 2B, the density of the alloy changes as the Hf content changes. The optimal HF content is determined taking into account the load resistance of the control rod drive mechanism, the desired reactivity equivalent and the desired service life.

Im folgenden soll die Betriebsweise des oben beschriebenen Steuerstabs erläutert werden.The following is the operation of the above Tax staff are explained.

Üblicherweise wird die Verteilung der Spaltstoff-Anreiche rung in axialer Richtung des Reaktorkerns bei höherem Abbrand bis zu einem gewissen Grad entsprechend der Kurve A in Fig. 3 verlaufen. Die Abbrand-Steuerzone des Reak torkerns ist in axialer Richtung unterteilt in 4 Ab schnitte gleicher Länge. Deshalb ist es vorzuziehen, auch die Zone des Reaktor-Steuerstabs 10 in vier entsprechende Teile oder Abschnitte zu unterteilen und die unterteilten Abschnitte zu vergleichen.Usually, the distribution of the fission material enrichment in the axial direction of the reactor core with a higher burn-up will run to a certain extent according to curve A in FIG. 3. The burn-up control zone of the reactor core is divided in the axial direction into 4 sections of the same length. Therefore, it is preferable to also divide the zone of the reactor control rod 10 into four corresponding parts or sections and to compare the divided sections.

Während des Abbrands ist im unteren Ende des Reaktorkerns der Anreicherungsgrad des Spaltstoffs groß, da der Fort schritt des Abbrandes an dieser Stelle langsamer erfolgt. Wenn die axiale Länge des Reaktorkerns L beträgt, findet in einer Zone zwischen einem Mittelabschnitt (2/4L) und dem oberen Ende aufgrund der dort enthaltenen Leerräume oder Blasen das Phänomen des sogenannten Neutronenspektrumhär tens statt. Dadurch wird die Reaktion der Plutoniumerzeu gung (also die Reaktion des Neutroneneinfangs) gefördert, und der Fluß der thermischen Neutronen reduziert sich durch die erzeugten Blasen, was zu einer Verzögerung des Abbran des führt. Daher erhält man eine Spaltstoff-Anreicherungs verteilung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.During the burn-up, the degree of enrichment of the fissile material is high in the lower end of the reactor core, since the progress of the burn-off takes place more slowly at this point. If the axial length of the reactor core is L, the so-called neutron spectrum hardening phenomenon takes place in a zone between a central section ( 2/4 L) and the upper end due to the empty spaces or bubbles contained therein. This promotes the reaction of plutonium generation (that is, the reaction of neutron capture), and the flow of thermal neutrons is reduced by the bubbles generated, which leads to a delay in the membrane of the. Therefore, you get a fuel enrichment distribution, as shown in Fig. 3.

Hat die Spaltstoffanreicherung in dem Reaktorkern den in Fig. 3 dargestellten Verlauf, so ergibt sich ein Neutronen multiplikationsfaktor beim Abschalten des Reaktors, wie er in Fig. 4 durch die Axialverteilungskurve B dargestellt ist. Mit zunehmendem Wert des Neutronenmultiplikationsfak tors wird die Reaktorabschaltgrenze kleiner und die Unter kritizität geringer. Die Reduzierung des Neu tronenmultiplikationsfaktors am oberen und unteren Ende des Reaktorkerns, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, erfolgt durch Neutronenstreuung.If the enrichment of fissile material in the reactor core has the course shown in FIG. 3, a neutron multiplication factor results when the reactor is switched off, as represented by the axial distribution curve B in FIG. 4. As the value of the neutron multiplication factor increases, the reactor shutdown limit becomes lower and the subcriticality lower. The neutron multiplication factor at the upper and lower ends of the reactor core, as shown in FIG. 4, is reduced by neutron scattering.

Fig. 5 zeigt anhand einer Kurve C die Verteilung der Neu tronenbestrahlungsrate über die axiale Länge des Steuer stabs 10. Wie aus der Kurve C ersichtlich ist, steigt die Neutronenbestrahlungsrate in einem eng begrenzten oberen Endbereich des Steuerstabs 10 abrupt an (dieser Bereich liegt etwa zwischen dem oberen Ende und einer Stelle, die von dem oberen Ende einen Abstand von etwa 30 cm, insbeson dere 5 cm, aufweist). Hinsichtlich der übrigen Bereiche nimmt die Neutronenbestrahlungsrate kontinuierlich und glatt zum unteren Ende des Steuerstabs 10 hin ab. Fig. 5 shows a curve C, the distribution of the neutron irradiation rate over the axial length of the control rod 10th As can be seen from curve C, the neutron irradiation rate increases abruptly in a narrowly limited upper end region of the control rod 10 (this region lies approximately between the upper end and a point which is a distance of approximately 30 cm from the upper end, in particular 5 cm). With regard to the remaining areas, the neutron irradiation rate decreases continuously and smoothly towards the lower end of the control rod 10 .

Der Steuerstab 10 ist so konstruiert, daß eine zufriedenstellende Steuerung hinsichtlich des Neutro nenmultiplikationsfaktors gemäß Fig. 4 erreicht wird und außerdem auch hinsichtlich der Bestrahlungsgeschwindig keits-Kennlinie gemäß Fig. 5. Das heißt: Der Steuerstab 10 ist so ausgestaltet, daß er dem Anstieg des Neutronenmulti plikationsfaktors (d. h. einer Reduzierung der Abschalt grenze) ebenso, Rechnung trägt wie einer Tendenz der Abnahme der Abschaltgrenze aufgrund einer Zunahme der Neutronenbe strahlungsrate am oberen Endabschnitt (der eine Länge auf weist, die der Summe der Längen l₄ bis l₆ entspricht, das heißt etwa 90 bis 95 cm beträgt).The control rod 10 is constructed in such a way that satisfactory control is achieved with regard to the neutron multiplication factor according to FIG. 4 and also also with regard to the irradiation speed characteristic curve according to FIG. 5. That is to say: the control rod 10 is designed in such a way that it increases the increase in the Neutron multiplication factor (i.e. a reduction in the switch-off limit) takes into account as well as a tendency of the switch-off limit to decrease due to an increase in the neutron irradiation rate at the upper end section (which has a length that corresponds to the sum of the lengths l₄ to l₆, that is to say approximately Is 90 to 95 cm).

Bei dem Ausführungsbeispiel des Reak tor-Absorberstabs, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, be steht der Flügel 13 aus einer Zirkonium-Legierung, die 30 bis 50 Gew.-% Hafnium enthält, wobei der Hafnium-Anteil in der Legierung gleichmäßig über die gesamte axiale Länge L verteilt ist.In the embodiment of the reactor absorber rod, as shown in FIG. 1, the wing 13 is made of a zirconium alloy which contains 30 to 50% by weight of hafnium, the hafnium content in the alloy being uniform the entire axial length L is distributed.

Die Verteilung des Reaktivitätswerts (des Reaktivitätsäqui valents, der Neutronenabsorptions-Kennlinie) in axialer Richtung wird in der in Fig. 6 dargestellten Weise einge stellt, indem in der oberen Endzone des Flügels 13 Gaskam mern vorgesehen werden, der Typ des in die Aufnahmelöcher gefüllten Neutronenabsorbers (B₄C, Hafnium) geändert wird und die Dichte der Verteilung der Gaskammern in der unteren Zone erhöht wird. Das heißt: Während der Reaktivitätswert im oberen Abschnitt geringfügig verringert wird, da die Zone l₄, in der die Gaskammern 16 vorhanden sind, und die Zone l₅, in der Hafniummaterial vorgesehen ist, im oberen Endabschnitt vorhanden sind, besitzen die Aufnahmelöcher 14a in der Zone W eine vergrößerte Form, und es befindet sich eine große Menge B₄C mit hohem Maß an Reaktivitäts äquivalent in diesen Aufnahmelöchern, um so eine Zone mit einem hohen Reaktivitätswert zu bilden. Das Verhältnis der Gaskammern wird von den Mittelbereich (2/4L) zum unteren Ende hin nach und nach erhöht, so daß der Reaktivitätswert zum unteren Ende hin abnimmt.The distribution of the reactivity value (the reactivity equivalent, the neutron absorption characteristic) in the axial direction is set in the manner shown in FIG. 6 by 13 gas chambers being provided in the upper end zone of the wing, the type of the neutron absorber filled in the receiving holes (B₄C, hafnium) is changed and the density of the distribution of the gas chambers in the lower zone is increased. That is: While the reactivity in the upper portion is slightly reduced since the zone l₄, in which the gas chambers 16 are present and zone l₅, is provided in the hafnium are present in the upper end portion having the receiving holes 14 a in the Zone W has an enlarged shape and there is a large amount of B₄C with a high degree of reactivity equivalent in these receiving holes, so as to form a zone with a high reactivity value. The ratio of the gas chambers is gradually increased from the middle area ( 2/4 L) to the lower end, so that the reactivity value decreases towards the lower end.

Der Verlauf der nuklearen Lebensdauer in axialer Richtung des Steuerstabs gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 7 dargestellt. Die nukleare Lebensdauer ist an einer Stelle im oberen Einsetzende reduziert, da die Aufnahmelö cher in diesem Abschnitt nicht mit einem Neutronenabsorber gefüllt sind und als Gaskammern dienen, und weil der Haf niumanteil in der den Flügel 13 bildenden Legierung gering ist, d. h. 30 bis 50 Gew.-% ausmacht. Diese Stelle verrin gerter Lebensdauer ist auf einen sehr kleinen Abschnitt des Flügels in der Nähe des oberen Flügelendes beschränkt, und er hat damit keinen nennenswerten Einfluß auf die Unterkri tizität. The course of the nuclear service life in the axial direction of the control rod according to this exemplary embodiment is shown in FIG. 7. The nuclear life is reduced at one point in the upper end of insertion, since the receiving holes in this section are not filled with a neutron absorber and serve as gas chambers, and because the haf nium content in the alloy forming the wing 13 is low, ie 30 to 50% by weight .-%. This point of reduced lifespan is limited to a very small section of the wing near the upper end of the wing, and so it has no significant influence on the subcriticality.

Unterhalb von und benachbart zu der Stelle verringerter Le bensdauer befindet sich eine Zone, in der die Lebensdauer lang ist. Der Grund dafür besteht darin, daß ein Hafniumma terial mit hoher Hafnium-Dichte von etwa 97 Gew.-% in die Aufnahmelöcher dieser Zone gefüllt ist, um die nukleare Le bensdauer stark zu erhöhen.Below and adjacent to the reduced Le Lifespan is a zone in which the lifespan is long. The reason for this is that a hafnium ma material with high hafnium density of about 97 wt .-% in the Receiving holes of this zone is filled to the nuclear Le increase life span significantly.

Eine Zone, in der die Lebensdauer geringfügig kürzer ist, schließt sich an, da der Abstand, mit dem die Aufnahmelö cher in der Zone angeordnet sind, erhöht ist, und die Auf nahmelöcher mit B₄C gefüllt sind. Grundsätzlich ist es vor zuziehen, in dieser Zone ein Hafniummaterial wegen der Auf rechterhaltung der nuklearen Lebensdauer zu verwenden, da dort die Neutronenbestrahlungsrate vergleichsweise hoch ist, jedoch wird B₄C genommen, um einen hohen Reaktivitäts wert beizubehalten.A zone where the lifespan is slightly shorter, follows because the distance with which the recording cher are arranged in the zone is increased, and the up holes are filled with B₄C. Basically it is before draw a hafnium material in this zone because of the on to maintain the nuclear lifespan because there the neutron irradiation rate is comparatively high is, however, B₄C is taken to be highly reactive worth keeping.

Bei der Bestrahlung mit Neutronen schwillt das B₄C an und drückt auf die Innenflächen der Aufnahmelöcher, mit der Folge, daß das Grundmaterial des Flügels einer starken Be lastung ausgesetzt ist. Deshalb besteht die Gefahr, daß die Festigkeit des Flügels aufgrund einer Beeinträchtigung des Grundmaterials, welches beide Oberflächenabschnitte des Flügels verbindet, abnimmt, wenn die Aufnahmelöcher in axi aler Richtung des Steuerstabs vergrößert ausgebildet wer den. Deshalb ist es nötig, Maßnahmen vorzusehen, mit denen die gewünschte Festigkeit gewährleistet wird. Dementspre chend werden Aufnahmelöcher mit kreisrundem Querschnitt ge bildet, wobei Abschnitte des Grundmaterials mit einer ge wissen Dicke zwischen benachbarten Aufnahmelöchern stehen bleiben.When irradiated with neutrons, the B₄C swells and presses on the inner surfaces of the receiving holes with which Consequence that the base material of the wing of a strong loading load is exposed. Therefore, there is a risk that the Strength of the wing due to impairment of the Base material that covers both surface sections of the Wing connects, decreases when the receiving holes in axi aler direction of the control rod trained who the. It is therefore necessary to provide measures with which the desired strength is guaranteed. Dementia Appropriate holes with a circular cross section are ge forms, with sections of the base material with a ge know thickness stand between adjacent receiving holes stay.

Um jegliche übermäßige interne Druckkraft auf die Aufnah melöcher durch das anschwellende B₄C zu vermeiden, wird vorzugsweise die Packungsdichte des B₄C unter einem gewis sen Wert gehalten. Das heißt: Die Packungsdichte des Bor karbid-Granulats in den Aufnahmelöchern wird in der Zone, in der die Intensität der Neutronenbestrahlung groß ist, auf 30 bis 65% der theoretischen Packungsdichte einge stellt. Wenn ein Raum zum Absorbieren einer Volumenzunahme aufgrund des Anschwellens auf diese Weise in jedem Loch vorgesehen wird, läßt sich die Druckkraft abfangen. Selbst dann, wenn man derartige Räume vorsieht, besteht keine Mög lichkeit, daß sich der eingefüllte Neutronenabsorber spür bar absetzt, da sich die Aufnahmelöcher in horizontaler Richtung erstrecken. Das Granulat läßt sich einfach herstellen und kann mühelos einge füllt werden. Normalerweise wird es mit einer Dichte von etwa 60% gefüllt.To avoid excessive internal pressure on the receptacle to avoid holes due to the swelling B₄C preferably the packing density of the B₄C under a certain held its value. That means: the packing density of boron carbide granules in the receiving holes is in the zone in which the intensity of the neutron radiation is high, to 30 to 65% of the theoretical packing density poses. If a room to absorb an increase in volume due to the swelling in this way in every hole is provided, the pressure force can be intercepted. Self if you provide such rooms, there is no possibility that the filled neutron absorber feels bar because the holes are horizontal Extend direction. The granulate is easy to manufacture and can be easily put in be filled. Usually it comes with a density of about 60% filled.

Gemäß Fig. 7 wird die nukleare Lebensdauer von der Mitte jedes Flügels in axialer Richtung ausgehend (2/4L) in Rich tung auf das untere Ende kürzer. Dies deshalb, weil das Verhältnis der Anzahl von Aufnahmelöchern, die als Gaskam mern verwendet werden, zu der Anzahl von Aufnahmelöchern, die mit B₄C gefüllt sind, in einem unteren Bereich zunimmt.Referring to FIG. 7, the nuclear lifetime of the center of each blade in the axial direction, starting (2 / 4L) in Rich tung on the lower end shorter. This is because the ratio of the number of receiving holes used as gas chambers to the number of receiving holes filled with B₄C increases in a lower range.

Fig. 8 zeigt eine Verteilung des Neutronenmultiplikations faktors in dem Reaktor, wenn der Reaktor abgeschaltet wird, indem der oben beschriebene Steuerstab vollständig in den Reaktorkern eingefahren wird, nachdem der Steuerstab eine gewisse Zeitspanne in Betrieb war. Zum Vergleich ist die entsprechende Kennlinie für einen her kömmlichen Steuerstab dargestellt. Gemäß Fig. 8 ist die Kennlinie für den herkömmlichen Steuerstab, bei dem die Re aktivitätswertverteilung über die gesamte axiale Länge gleich ist, durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Fig. 8 shows a distribution of the neutron multiplication factor in the reactor when the reactor is shut down by completely retracting the control rod described above into the reactor core after the control rod has been in operation for a period of time. For comparison, the corresponding characteristic curve for a conventional control rod is shown. Referring to FIG. 8, the characteristic curve for the conventional control rod, in which the activity value Re distribution is over the entire axial length of same, illustrated by a dashed line.

Diese Kennlinie besitzt Spitzen, die einem Abschnitt des Flügels unmittelbar unterhalb des oberen Einsetzendes und einem Abschnitt in der Nähe des unteren Einsetzendes ent sprechen, wo der Neutronenmultiplikationsfaktor zunimmt und die Reaktorabschaltgrenze kleiner wird.This characteristic curve has peaks that correspond to a section of the Wing immediately below the upper insertion end and a section near the bottom of the insert speak where the neutron multiplication factor increases and the reactor shutdown limit becomes smaller.

Bei einem Steuerstab, bei dem die Reaktivi tätswert-Verteilung dem in Fig. 6 dargestellten Verlauf entspricht, ist der Neutronenmultiplikationsfaktor generell über die gesamte axiale Länge des Steuerstabs gleichmäßig beschränkt, wie aus der durchgehenden Linie in Fig. 8 her vorgeht. Insbesondere ist der Neutronenmultiplikationsfak tor sehr stark in der Zone zwischen dem oberen Ende L und der Position bei 3/4L reduziert, also dort, wo bei der her kömmlichen Anordnung die Unterkritizität die Neigung hat, abzunehmen. Deshalb ist in dieser Zone die Unterkritizität erhöht, wodurch eine ausreichende Reaktorabschaltgrenze beibehalten wird.In the case of a control rod in which the reactivity distribution corresponds to the curve shown in FIG. 6, the neutron multiplication factor is generally uniformly restricted over the entire axial length of the control rod, as can be seen from the solid line in FIG. 8. In particular, the neutron multiplication factor is greatly reduced in the zone between the upper end L and the position at 3 / 4L, that is to say where the subcriticality tends to decrease in the conventional arrangement. The subcriticality is therefore increased in this zone, which maintains a sufficient reactor shutdown limit.

Fig. 9 zeigt den Vergleich zwischen der Verteilungskennli nie der nuklearen Lebensdauer bei einem Steuerstab nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel einerseits und die entsprechende Kennlinie für einen her kömmlichen Steuerstab andererseits. Bei dem herkömmlichen Steuerstab, der eine gleichmäßige Zusammensetzung über die gesamte axiale Länge aufweist, ist die nukleare Lebensdauer in dem oberen Bereich jedes Flügels kürzer, während sie im unteren Bereich unnötigerweise länger ist, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Fig. 9 shows the comparison between the distribution characteristic never the nuclear life in a control rod according to the embodiment described above on the one hand and the corresponding characteristic for a conventional control rod on the other hand. In the conventional control rod, which has a uniform composition over the entire axial length, the nuclear service life is shorter in the upper region of each wing, while it is unnecessarily longer in the lower region, as indicated by the broken line.

Die aktuelle nukleare Lebensdauer des Steuerstabs nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bestimmt sich durch das Multiplizieren der Neutronenbestrahlungsrate in bezug auf die Position in der axialen Richtung gemäß Fig. 5 und die nukleare Lebensdauer des Steuerstabs nach Fig. 7. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die nukleare Lebensdauer über die gesamte axiale Länge im wesentlichen ausgeglichen, wie die durchgezogene Linie in Fig. 9 belegt, und insbe sondere wird die resultierende Lebensdauer spürbar in der jenigen Zone erhöht, die zwischen dem oberen Einsetzende und der Stelle entsprechend 2/4L liegt. Eine geringfügige Abnahme am oberen Ende ist nicht gravierend, da das Ausmaß dieses Einflusses dieser Verringerung auf den Neutronenmul tiplikationsfaktor während des Abschaltvorgangs des Reak tors sehr gering ist. Eine Spitze, die in der Nähe des obe ren Endes vorhanden ist, hat ihre Ursache in der Füllung des langlebigen Neutronenabsorbers in den Aufnahmelöchern in der entsprechenden Zone, und in der Nähe der Spitze er scheint eine Einbuchtung, da in die Aufnahmelöcher der ent sprechenden Zone B₄C mit einer vergleichsweise kurzen Le bensdauer eingefüllt ist. The current nuclear life of the control rod according to the embodiment described above is determined by multiplying the neutron irradiation rate by the position in the axial direction shown in FIG. 5 and the nuclear life of the control rod shown in FIG. 7. In this embodiment, the nuclear life is over the entire axial length is substantially balanced, as the solid line in Fig. 9 shows, and in particular the resulting service life is noticeably increased in the zone which is between the upper insertion end and the point corresponding to 2 / 4L. A slight decrease at the upper end is not serious since the extent of this influence of this reduction on the neutron multiplication factor during the shutdown process of the reactor is very small. A tip that is present near the top end is due to the filling of the long-lived neutron absorber in the receiving holes in the corresponding zone, and near the tip there appears an indentation, since in the receiving holes of the corresponding zone B₄C is filled with a comparatively short life.

Die Fig. 10 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Flügels sowie Form und Anordnung der Aufnahmelöcher 14 und 14a in der Zone W, wo die Unterkritizität beim Abschalten des Re aktors abnimmt. Das Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Zunahme der Füllkapazität für den Neutronenabsorber, während die gewünschte Baufestigkeit der Flügel 13 gewährleistet ist, da das Grundmaterial zwischen den Langlöchern vorhanden ist. Dabei ist der Abstand P zwischen den Mitten der Aufnahmelöcher 14 kleiner ist als der Durchmesser der Löcher, so daß mehrere Aufnahmelöcher zusammen sich in axialer Richtung des Steuerstabs erstreckende Aufnahmelöcher 14a als Langlöcher bilden. Fig. 10 shows an example of the structure of the wing and shape and arrangement of the receiving holes 14 and 14 a in the zone W, where the subcriticality decreases when the actuator is switched off. The exemplary embodiment enables an increase in the filling capacity for the neutron absorber, while the desired structural strength of the wings 13 is ensured, since the base material is present between the elongated holes. The distance P between the centers of the receiving holes 14 is smaller than the diameter of the holes, so that a plurality of receiving holes together in the axial direction of the control rod extending receiving holes 14 a form as elongated holes.

Fig. 11 zeigt einen Reaktor-Steuerstab 210, der eine weitere Ausführungsform der Erfindung verkörpert. Das Aussehen ins gesamt ist im wesentlichen das gleiche wie das des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Fig. 11 shows a reactor control rod 210, which embodies a further embodiment of the invention. The overall appearance is essentially the same as that of the previously described embodiment.

Nach Fig. 11 besitzt der Steuerstab 210 Flügel 211, von denen jeder unterteilt ist in eine erste Zone mit einer oberen Einsetzendzone Xa am oberen Einsetzende und am äußeren Kantenbereich des Flügels, wo dieser stärker mit Neutronen bestrahlt wird, und die sehr stark beiträgt zu dem gewünschten Reaktivitätswert, und eine zweite Zone oder eine einen hohen Reaktivitätswert aufweisende Zone Ya, die der ersten Zone benachbart ist, und wo die Unterkritizität während des Abschaltens des Reaktors geringer wird, und schließlich eine dritte Zone Za auf der Seite des unteren Einsetzendes des Flügels und benachbart zu der einen hohen Reaktivitätswert aufweisenden Ya. Jeder Flügel 211 des Steuerstabs 210 besitzt mehrere seitliche Löcher oder Ge häuselöcher (Aufnahmelöcher) 217, 218 und 219, die zwischen dem oberen Einsetzende und dem unteren Einsetzende des Flügels derart angeordnet sind, daß sie sich in Breiten richtung des Flügels erstrecken.According to FIG. 11, the control rod 210 has wings 211, each of which is divided into a first zone having an upper Einsetzendzone Xa at the top insertion end and at the outer edge region of the wing, where it is strongly irradiated with neutrons, and the greatly contributes to the desired reactivity value, and a second zone or a high reactivity value zone Ya, which is adjacent to the first zone and where the subcriticality decreases during the shutdown of the reactor, and finally a third zone Za on the lower insertion end side of the wing and adjacent to the high reactivity Ya. Each wing 211 of the control rod 210 has a plurality of side holes or Ge housing holes (receiving holes) 217 , 218 and 219 , which are arranged between the upper insertion end and the lower insertion end of the wing such that they extend in the width direction of the wing.

Die obere Einsetzendzone Xa des Flügels 211 erstreckt sich von dem oberen Einsetzende der ef fektiven axialen Länge L des Steuerstabs in Richtung auf das untere Einsetzende des Steuerstabs, und zwar um etwa 5 bis 32 cm. Insbesondere besitzt die obere Einsetzendzone Xa eine Länge von etwa 5 bis 16 cm unterhalb des oberen Einsetzendes. In der oberen Einsetzendzone Xa ausgebildete Aufnahmelöcher 217 und ein an einem äußeren Randbereich des Flügels befindliches Längsloch sind mit langlebigen Neutro nenabsorbern 220 und 221 gefüllt, z. B. mit einem Material, welches Hafnium enthält. Der Steuerstab 210 besitzt entlang der Innenkante des Flügels 211 einen Spalt, der mit Wasser gefüllt ist. Wenn dieser Spalt groß ist, wird die Zunahme des Flusses thermischer Neutronen beträchtlich. Aus diesem Grund kann entlang der Innenkante des Flügels 211 in einer Zone, die sich von der Innenkante aus um etwa 0,5 bis 1,5 cm nach außen erstreckt, und die sich von dem oberen Ein setzende aus um etwa 15 bis 40 cm zum unteren Einsetzende hin erstreckt, ein langlebiger Neutronenabsorber vorgesehen sein. The upper insertion end zone Xa of the wing 211 extends from the upper insertion end of the effective axial length L of the control rod toward the lower insertion end of the control rod, about 5 to 32 cm. In particular, the upper insertion end zone Xa has a length of about 5 to 16 cm below the upper insertion end. In the upper insertion end zone Xa formed receiving holes 217 and a longitudinal hole located on an outer edge region of the wing are filled with durable neutron absorbers 220 and 221 , for. B. with a material containing hafnium. The control rod 210 has a gap along the inner edge of the wing 211 which is filled with water. If this gap is large, the increase in the flow of thermal neutrons becomes significant. For this reason, along the inner edge of the wing 211 in a zone which extends outward from the inner edge by about 0.5 to 1.5 cm and which extends from the upper end by about 15 to 40 cm extends long insertion end, a durable neutron absorber can be provided.

Die Breite l₂₅ derjenigen Zone des äußeren Flügelkantenbe reichs der ersten Zone, in der sich der langlebige Neutro nenabsorber 221 befindet, kann etwa 1 bis 2 cm betragen. In dem Steuerstab, der hauptsächlich hinsichtlich des Reakti vitätswerts stark verbessert werden soll, ist der Reaktivi tätswert des langlebigen Neutronenabsorbers 221 für gewöhn lich kleiner als der von B₄C. Deshalb kann die Breite l₂₅ etwa 0,5 cm betragen. Die Länge l₂₁ der Zone mit der Breite l₂₅ kann kleiner sein, wenn der Steuerstab hauptsächlich hinsichtlich des Reaktivitätswerts stark verbessert werden soll. Allerdings ist es notwendig, die Länge l₂₁ auf einen Wert einzustellen, der gleich oder größer ist als 1/4 der effektiven axialen Länge L, falls der Steuerstab hauptsäch lich dazu ausgelegt ist, eine Reaktorregelung zu bewirken, indem er während des Betriebs in den Reaktorkern eingeführt oder eingesetzt wird. Wenn die sich auf die Verwendung des, Steuerstabs beziehende Spezifikation nicht definitiv be stimmt werden kann, kann die Breite l₂₅ auf etwa 0,5 bis 1 cm eingestellt werden, während (l₂₄ - l₂₃) auf 1/2L einge stellt wird, um jegliche Verminderung des Reaktivitätswerts und damit die Erreichung des Ziels einer beträchtlichen Verbesserung des Reaktivitätswerts zu vermeiden. Die Außen kante jedes Flügels 211 ist beispielsweise durch Schweißen verschlossen, um die Öffnungen der Aufnahmelöcher mit dem langlebigen Neutronenabsorber 221 zu verschließen.The width l₂₅ of that zone of the outer wing edge region of the first zone in which the long-life neutron absorber 221 is located can be approximately 1 to 2 cm. In the control rod, which is to be greatly improved mainly in terms of the reactivity value, the reactivity value of the long-lived neutron absorber 221 is usually smaller than that of B .C. Therefore, the width l₂₅ can be about 0.5 cm. The length l₂₁ of the zone with the width l₂₅ can be smaller if the control rod is to be greatly improved mainly with regard to the reactivity value. However, it is necessary to set the length l₂₁ to a value that is equal to or greater than 1/4 of the effective axial length L if the control rod is mainly designed to effect reactor control by operating in the reactor core is introduced or used. If the specification relating to the use of the control rod cannot be definitely determined, the width l₂₅ can be set to about 0.5 to 1 cm, while (l₂₄ - l₂₃) is set to 1 / 2L for any reduction of the reactivity value and thus the achievement of the goal of significantly improving the reactivity value. The outer edge of each wing 211 is closed, for example by welding, to close the openings of the receiving holes with the long-life neutron absorber 221 .

Die langlebigen Neutronenabsorber 220 und 221 liegen als Festmaterial, z. B. in Granulatform, vor. The long-life neutron absorbers 220 and 221 are solid, e.g. B. in granular form.

Die Kapazität jedes der Aufnahmelöcher 218 in der zweiten Zone Ya des Flügels 211 bezüglich der Einheitslänge in Län genrichtung des Flügels erhöht sich relativ zu den Kapazi täten der Aufnahmelöcher der oberen Einsetzendzone Xa und der dritten Zone Za, um den Reaktivitätswert des Steuer stabs 210 heraufzusetzen. Jedes Aufnahmeloch 218 innerhalb der zweiten Zone Ya ist in axialer Richtung des Steuerstabs länglich ausgebildet, um die Menge des eingefüllten Neutro nenabsorbers, z. B. B₄C, zu erhöhen und damit den Reaktivi tätswert einer Zone zu verbessern, in der die Unterkritizi tät während des Abschaltvorgangs des Reaktors geringer wird, um so eine hohe Reaktivität zu erreichen.The capacity of each of the receiving holes 218 in the second zone Ya of the wing 211 with respect to the unit length in the longitudinal direction of the wing increases relative to the capacity of the receiving holes of the upper insertion end zone Xa and the third zone Za to increase the reactivity value of the control rod 210 . Each receiving hole 218 within the second zone Ya is elongated in the axial direction of the control rod to the amount of the neutron absorber, z. B. B₄C, and thus to improve the reactivity value of a zone in which the subcriticality becomes lower during the shutdown process of the reactor, so as to achieve a high reactivity.

Die Zone, in der die Unterkritizität während des Abschal tens des Reaktors niedriger wird, wird innerhalb der zwei ten Zone Ya gebildet, wo der Flügel mit Neutronen in einer vergleichsweise hohen Bestrahlungsrate beaufschlagt wird, wobei diese Rate jedoch wesentlich niedriger ist als in der oberen Einsetzendzone Xa. Aus diesem Grund ist es möglich, als für eine starke Verbesserung des Reaktivitätswerts ge eigneten Neutronenabsorber B₄C einzusetzen, obschon dessen Verwendung nachteilig ist im Hinblick auf die Zunahme der Lebensdauer. Um den Reaktivitätswert weiter zu verbessern, kann eine Borverbindung, z. B. durch Anreicherung von Bor-10 gewonnenes B₄C, Bornitrid oder Europiumhexaborid (EuB₆) verwendet werden. Es ist möglich, sowohl eine bedeutende Verbesserung des Reak tivitätswerts als auch eine Zunahme der Lebensdauer zu er reichen, wenn man Europiumoxid als Hauptneutronenabsorber zusammen mit einem borfreien Neutronenabsorber verwendet. Allerdings ist Europiumoxid teuer und eignet sich nicht für eine starke Verbesserung des Reaktivitätswerts im Vergleich zu angereichertem Bor. Deshalb wird vorzugsweise die Ver wendung von Europiumoxid beschränkt auf einen Abschnitt der einen hohen Reaktivitätswert aufweisenden Zone (zweiten Zone) Ya benachbart zu oder in der Nähe von der oberen Einsetzendzone Xa.The zone in which the subcriticality during the shutdown least of the reactor becomes lower within the two zone Ya where the wing with neutrons in a comparatively high irradiation rate is applied, however, this rate is much lower than in the upper insertion end zone Xa. Because of this, it is possible than for a strong improvement in reactivity value use suitable neutron absorbers B₄C, although Use is detrimental to the increase in Lifespan. To further improve the reactivity value, can a boron compound, e.g. B. by enrichment of boron-10 obtained B₄C, boron nitride or Europiumhexaborid (EuB₆) can be used. It is possible both a significant improvement in the reak activity value as well as an increase in the lifespan are enough if you have europium oxide as the main neutron absorber used together with a boron-free neutron absorber. However, europium oxide is expensive and is not suitable for a strong improvement in reactivity value in comparison to enriched boron. Therefore, the Ver Use of europium oxide restricted to a section of the zone with a high reactivity value (second Zone) Ya adjacent to or near the top Insertion zone Xa.

In diesem Steuerstab ist es möglich, die Menge von Neutro nenabsorber von einem Typ mit besonders hoher Reaktivität (typischerweise B₄C) zu erhöhen, da die Aufnahmelö cher 218 innerhalb der zweiten Zone Ya in axialer Richtung des Steuerstabs länglich ausbildet sind.In this control rod, it is possible to increase the amount of neutron absorber of a type with particularly high reactivity (typically B₄C), since the receiving holes 218 are elongated within the second zone Ya in the axial direction of the control rod.

Die Menge des in die Aufnahmelöcher 218 eingefüllten Neu tronenabsorbers 223 innerhalb der zweiten Zone Ya und der Reaktivitätswert (relativer Wert) dieses Absorbers schwan ken mit Änderungen des Abstands zwischen den Mitten der Ge häuselöcher 218 (Schrittweite zwischen den Löchern), wie es in Fig. 13 gezeigt ist, vorausgesetzt der Durchmesser der Aufnahmelöcher 218 ist konstant.The amount of the neutron absorber 223 filled in the receiving holes 218 within the second zone Ya and the reactivity value (relative value) of this absorber fluctuate with changes in the distance between the centers of the housing holes 218 (pitch between the holes) as shown in FIG. 13, provided the diameter of the receiving holes 218 is constant.

Gemäß einem typischen Beispiel für diese Ausgestaltung ei nes Steuerstabs beträgt die Dicke t der Platte 8 mm, der Durchmesser d der Löcher 6 mm und der anfängliche Abstand zwischen den Mitten der Löcher (Schrittweite oder Teilung p) 8 mm. Wenn die Schrittweite p unter dieser Bedingung geändert wird, ändert sich die Menge des Neutronenabsorbers mit dem Reak tivitätswert in der in Fig. 13 dargestellten Weise. Hin sichtlich des Durchmessers der Aufnahmelöcher entsprechend deren Abstand ist die Menge des Neutronenabsorbers 1,3mal so hoch wie bei der herkömmlichen Anordnung. Wenn die Ge häuselöcher einander überlagert werden, d. h. wenn die Platte in zwei Teile unterteilt wird, die jeweils eine Dicke von (t - d)/2 aufweisen, so daß der Neutronenabsorber beim Einfüllen eine flache Schicht bildet (wenn die Anzahl von Löchern die Grenze erreicht), wird die Menge des Neu tronenabsorbers 1,7mal so groß. In Beispiel für eine Kennlinie der relativen Änderung des Reaktivitätswerts ist in Fig. 13 durch die doppelpunkt-gestrichelte Linie dargestellt, obschon die Kennlinie nicht als ab hängig von der Menge des Neutronenabsorbers behandelt wer den kann, da sie beeinflußt wird durch die Konstruktion des Kerns, den Brennstoff-Anreicherungsfaktor, die Breite des Wasserstabs, die brennbaren Gifte und dergleichen. Bei die sem Beispiel wird eine Zunahme von 4% erreicht, wenn die Gehäuselöcher nebeneinander ohne Überlappung (p = d) ange ordnet sind, während eine Zunahme von etwa 7,5% möglich ist, wenn die Gehäuselöcher einander überlagert sind.According to a typical example of this configuration of a control rod, the thickness t of the plate is 8 mm, the diameter d of the holes is 6 mm and the initial distance between the centers of the holes (step size or pitch p) is 8 mm. When the step size p is changed under this condition, the amount of the neutron absorber with the reactivity value changes in the manner shown in FIG. 13. Regarding the diameter of the receiving holes according to their distance, the amount of neutron absorber is 1.3 times as high as in the conventional arrangement. If the Ge holes are superimposed, that is, if the plate is divided into two parts, each having a thickness of (t - d) / 2, so that the neutron absorber forms a flat layer when filling (if the number of holes the limit reached), the amount of neutron absorber becomes 1.7 times as large. An example of a characteristic curve of the relative change in the reactivity value is shown in FIG. 13 by the double-dashed line, although the characteristic curve cannot be treated as dependent on the amount of the neutron absorber, since it is influenced by the construction of the core, the fuel enrichment factor, the width of the water stick, the combustible poisons and the like. In this example, an increase of 4% is achieved if the housing holes are arranged side by side without overlap (p = d), while an increase of approximately 7.5% is possible if the housing holes are superimposed on one another.

In der Praxis kann der Steuerstab 210 nicht so aufgebaut sein, daß die Platte, welche den Flügel 211 bildet, voll ständig unterteilt ist. Die Platte wird notwendigerweise derart konstruiert, daß sie zwei äußere Wandabschnitte und einige Unterteilungsabschnitte aufweist, die die Wände durchgehend verbinden. Es gibt also keine Möglichkeit für einen Lochabstand p = 0. Um den Abstand oder die Schritt weite p zu verkleinern, kann man von der in Fig. 11 und 12 skiz zierten Maßnahme Gebrauch machen, gemäß der einige benach barte Gehäuselöcher in Gruppen zusammengefaßt werden, wobei der Abstand p zwischen den gruppenweise angeordneten Lö chern reduziert ist, während ein Teil des Grundmaterials (des Flügels) sich zwischen benachbarten Gruppen hindurch erstreckt. Dadurch erhält man einen effektiven Abstand p = 4 mm bis p = 5 mm (d = 6 mm).In practice, the control rod 210 can not be constructed so that the plate which forms the wing 211 is fully divided continuously. The panel is necessarily constructed to have two outer wall sections and some partition sections that continuously connect the walls. There is therefore no possibility for a hole spacing p = 0. In order to reduce the spacing or the step width p, use can be made of the measure outlined in FIGS . 11 and 12, according to which some neighboring housing holes are grouped together, wherein the distance p between the holes arranged in groups is reduced, while a part of the base material (the wing) extends between adjacent groups. This gives an effective distance p = 4 mm to p = 5 mm (d = 6 mm).

Diese Ausgestaltung gestattet eine Erhöhung des Reaktivi tätswerts um etwa 5%, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Dies ist ein Beispiel für die Erhöhung des Reaktivitätswertes gemäß der Erfindung, wobei die Verteilung der Unterkritizi tät in Axialrichtung des Steuerstabs während des Abschal tens des Reaktors verbessert wird und über die axiale Länge gleichmäßig gemacht wird, indem die Ausbildung jeglicher Zonen verhindert wird, in denen die Unterkritizität be trächtlich absinkt.This configuration allows the reactivity value to be increased by approximately 5%, as shown in FIG. 13. This is an example of the increase in the reactivity value according to the invention, the distribution of the subcriticality in the axial direction of the control rod being improved during the shutdown of the reactor and made uniform over the axial length by preventing the formation of any zones in which the subcriticality drops considerably.

In der dritten Zone Za des Flügels 211 ist in die Gehäu selöcher 219 ein Neutronenabsorber 225 wie z. B. B₄C einge füllt. In der dritten Zone Za ist es nicht notwendig, den Reaktivitätswert bei einigen der Gehäuselöcher 219 zwischen dem unteren Einsetzende und einer Steile, die davon einen Abstand von L/2 aufweist, zu erhöhen, und diese Löcher kön nen daher als Gasräume dienen, ohne daß sie mit irgendeinem Neutronenabsorber gefüllt sind. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, eine Auswahl benachbarter Aufnahmelöcher 219 als Gaskammern zu vermeiden.In the third zone Za of the wing 211 is in the selöcher Gehäu 219 a neutron absorber 225 such. B. B₄C filled. In the third zone Za, it is not necessary to increase the reactivity value in some of the housing holes 219 between the lower insertion end and a part which is L / 2 apart, and these holes can therefore serve as gas spaces without they are filled with some neutron absorber. In this case, it is preferable to avoid selecting adjacent receiving holes 219 as gas chambers.

Aufbau und Form der Aufnahmelöcher in der zweiten Zone Ya des Flügels 211 können in der in Fig. 10 skizzierten Weise gewählt werden. The structure and shape of the receiving holes in the second zone Ya of the wing 211 can be selected in the manner outlined in FIG. 10.

Der Aufbau des Steuerstabs, welcher besonders dem Anschwel len von Material Rechnung trägt, soll im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben werden.The structure of the control staff, which especially the swell len of material takes into account in the following be described in the drawing.

Fig. 14 zeigt eine fragmentarischen Längsschnittansicht ei nes Flügels 411 eines Reaktorabsorberstabs 410. Der Gesamtaufbau kann entsprechend den oben be schriebenen Ausführungsbeispielen auch für den vorliegenden Steuerstab 410 verwendet werden. Fig. 14 is a fragmentary longitudinal sectional view showing egg nes wing 411 of a reactor absorber rod 410th The overall structure can also be used for the present control rod 410 in accordance with the exemplary embodiments described above.

Nach Fig. 14 sind fünf seitliche Löcher oder Neutronenab sorber-Aufnahmelöcher in Breitenrichtung des Flügels 411 durchgehend angeordnet, um ein Aufnahmeloch 418 zu bilden. Wenn die Aufnahmelöcher 418 mit einem borhaltigen (B-10) Neutronenabsorber, zum Beispiel Borkarbid (B₄C), Europium hexaborid (EuB₆) oder Bornitrid (BN), gefüllt sind, verwan delt sich das B-10 in dem Neutronenabsorber durch die Neu tronenabsorptions-Reaktion in He-Gas und Li. Der größere Anteil des He-Gases streut in das Granulat des Neutronenab sorbers ein und läßt das Granulat anschwellen.According to Fig. 14 five lateral holes or Neutronenab are sorber receiving holes in the width direction of the wing 411 arranged continuously to form a receiving void 418. When the receiving holes 418 with a boron (B-10), for example boron carbide (B₄C), europium hexaboride (EuB₆) or boron nitride (BN) are filled neutron absorber verwan the B-10 punched in the neutron absorber by the New tronenabsorptions- Reaction in He gas and Li. The greater part of the He gas sprinkles into the granules of the neutron absorber and causes the granules to swell.

Das Anschwellen des Neutronenabsorbers übt Kräfte auf lo kale Bereiche, jedes Aufnahmelochs 410 von dessen Innerem her in Richtung zur Außenseite aus. Wenn der Neutronenab sorber im Inneren jedes Aufnahmelochs 418 anschwillt, wird die maximale Spannung in extremen Endbereichen der längli chen Aufnahmelöcher 418 verursacht. In einem Mittelab schnitt der Aufnahmelöcher ist das Ausmaß der Spannung ge ringer, da das Flügel-Grundmaterial in Dickenrichtung des Flügels 411 verschoben werden kann. Um diesen Spannungen Rechnung zu tragen, wird im Fall der Ausgestaltung mit den länglichen Aufnahmelöchern 418 von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Sicherheitsspannung an den extremen Enden je des Gehäuselochs in Richtung der Ausrichtung der Gehäuselö cher zu erhöhen, oder den Flügel so auszulegen, daß die Zeit, zu der die Spannungserzeugung beginnt, verzögert wird oder die Erzeugung der Spannung vermieden wird.The swelling of the neutron absorber exerts forces on local areas of each receiving hole 410 from the inside toward the outside. When the neutron absorber swells inside each receiving hole 418 , the maximum tension is caused in extreme end portions of the elongated receiving holes 418 . In a central portion of the receiving holes, the amount of tension is less because the wing base material can be shifted in the thickness direction of the wing 411 . To take these tensions into account, in the case of the configuration with the elongated receiving holes 418, use is made of the possibility of increasing the safety voltage at the extreme ends of each of the housing holes in the direction of the orientation of the housing holes, or of designing the wing so that the Time at which the voltage generation starts, is delayed or the generation of the voltage is avoided.

Die in Fig. 29 dargestellte Struktur ist so ausgelegt, daß die Erzeugung jeglicher nennenswerter Spannungen an den äußeren Endlöchern der länglichen Aufnahmelöcher 418 ver mieden wird. Die länglichen Aufnahmelöcher 418 sind so ge formt, daß die Mitte der Reihe der Aufnahmelöcher 418 einem Abschnitt des Flügels 410 entspricht, wo die Unterkritizi tät in axialer Richtung des Reaktorkerns minimal wird, wenn der Absorberstab 410 vollständig in den Kern eingesetzt wird, um den Reaktor abzuschalten.The structure shown in FIG. 29 is designed to avoid the generation of any significant stresses at the outer end holes of the elongated receiving holes 418 . The elongated receiving holes 418 are shaped so that the center of the row of receiving holes 418 corresponds to a portion of the wing 410 where the subcriticality in the axial direction of the reactor core becomes minimal when the absorber rod 410 is fully inserted into the core around the reactor switch off.

Ein langlebiger Neutronenabsorber 430, z. B. Hafniummetall, eine Hafniumlegierung, eine Silber-Indium-Cadmium-Legie rung, ein Oxid eines Seltene-Erden-Elements, z. B. Eu₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃ oder Sm₂O₃, oder ein Oxidgemisch eines Oxids eines Seltene-Erden-Elements und HfO₂, wird in das längli che Aufnahmeloch 418 an dessen äußeren Enden eingefüllt. Der Neutronenabsorber 430 erzeugt bei der Reaktion mit Neu tronen kein Gas. Daher besteht nicht die Möglichkeit des Anschwellens des Materials, und somit können direkt an den äußeren Enden der länglichen Aufnahmelöcher 418 keine Span nungen entstehen. A durable neutron absorber 430 , e.g. B. hafnium metal, a hafnium alloy, a silver-indium-cadmium alloy, an oxide of a rare earth element, e.g. B. Eu₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃ or Sm₂O₃, or an oxide mixture of an oxide of a rare earth element and HfO₂, is filled in the elongated receiving hole 418 at its outer ends. The neutron absorber 430 does not generate gas when reacting with neutrons. Therefore, there is no possibility of swelling of the material, and thus no stress can arise directly at the outer ends of the elongated receiving holes 418 .

In den Zwischenbereich der länglichen Aufnahmelöcher 418 ist ein Neutronenabsorber 431 aus B-10, z. B. B₄C einge füllt, um die Reaktivität zu verbessern. Der eingefüllte Neutronenabsorber 431 schwillt an und verursacht Spannungen im mittleren Bereich des jeweiligen Gehäuselochs 418, so daß das Gehäuseloch 418 in Dickenrichtung des Flügels 411 expandiert. Diese Spannung wird auf die äußeren Enden des Gehäuselochs 418 übertragen, es wird jedoch keine Spannung von dem an diesen äußeren Stellen befindlichen Neutronenab sorber 430 erzeugt, so daß die durch das Anschwellen im Mittelbereich des Aufnahmelochs 418 verursachte Spannung leicht durch eine Verformung des mittleren Bereichs aufge nommen wird und somit eine Reduzierung der mechanischen Le bensdauer vermieden wird.In the intermediate area of the elongated receiving holes 418 , a neutron absorber 431 made of B-10, e.g. B. B₄C filled to improve reactivity. The filled neutron absorber 431 swells and causes tension in the central region of the respective housing hole 418 , so that the housing hole 418 expands in the thickness direction of the wing 411 . This voltage is transmitted to the outer ends of the housing hole 418 , but no voltage is generated by the neutron absorber 430 located at these outer locations, so that the stress caused by the swelling in the central region of the receiving hole 418 is easily released by a deformation of the central region is taken and thus a reduction in the mechanical life is avoided.

Dieser Steuerstab ist so ausgebildet, daß der Gasdruck für die Gehäuselöcher gleichförmig ist, indem eine Verbindung geschaffen wird zwischen den Löchern, die mit Neutronen bei geringerer Rate bestrahlt werden, und Gaskammern. Damit ist die Möglichkeit ausgeschlossen, daß die mechani sche Lebensdauer des Steuerstabs durch Spannungen bestimmt wird, welche durch den Gasdruck verursacht werden.This control rod is designed so that the gas pressure for the case holes are uniform by connecting is created between the holes with neutrons irradiated at a lower rate, and gas chambers. This precludes the possibility that the mechani The lifespan of the control rod is determined by voltages which are caused by the gas pressure.

Fig. 15 zeigt einen Aufbau, bei dem die Spannungssicherheit an den äußeren Enden jedes länglichen Aufnahmelochs 418a erhöht ist. Jedes Aufnahmeloch 418a ist derart ausgebildet, daß der Durchmesser von Seitenlöchern an den äußeren Enden der Gehäuselöcher in Ausricht-Richtung der Gehäuselöcher relativ zu dem Durchmesser verkleinert ist, den die seitli chen Löcher im Mittelabschnitt besitzen, so daß die Dicke des metallischen Grundmaterials des Flügels 411 an den äußeren Enden des jeweiligen Aufnahme- oder Gehäuselochs 418a erhöht ist. Dadurch ist es möglich, die Spannungs-Wi derstandsfähigkeit selbst an den äußeren Enden der längli chen Aufnahmelöcher 418a des Flügels 411 zu erhöhen. Fig. 15 shows a structure in which the voltage security at the outer ends of each elongated receiving hole 418 a is increased. Each receiving hole 418 a is formed such that the diameter of side holes at the outer ends of the housing holes in the alignment direction of the housing holes is reduced relative to the diameter that the side holes have in the central portion, so that the thickness of the metal base material of the wing 411 is increased at the outer ends of the respective receiving or housing hole 418 a. This makes it possible to increase the voltage resistance even at the outer ends of the elongated receiving holes 418 a of the wing 411 .

Der Neutronenabsorber 431, der zum Beispiel aus B-10 ent haltendem B₄C besteht, ist in die länglichen Aufnahmelöcher 418a eingefüllt Selbst wenn der eingefüllte Neutronenab sorber 431 beim Bestrahlen mit Neutronen anschwillt, be steht nicht die Möglichkeit der Erzeugung nennenswert großer Spannungen an den äußeren Enden des jeweiligen Auf nahmelochs, und somit ist die Reduzierung der mechanischen Festigkeit erreicht, da die Spannungsfestigkeit an diesen Stellen hoch ist, und da der Mittelabschnitt das Anschwel len durch Verformung in Dickenrichtung des Flügels 411 ab sorbiert.The neutron absorber 431 , which consists, for example, of B-10 containing B ,C, is filled into the elongated receiving holes 418 a. Even if the filled neutron absorber 431 swells when irradiated with neutrons, there is no possibility of generating appreciably large voltages on the outside Ends of the respective on hole, and thus the reduction in mechanical strength is achieved because the dielectric strength is high at these points, and since the central portion absorbs the swell by deformation in the thickness direction of the wing 411 .

Wenn in diesem Fall als Grundmaterial für den Flügel 411 eine Platte verwendet wird, die aus einer Legie rung aus Hf mit Zr oder Tip be steht, besitzt das metallische Grundmaterial des Flügels 411 selbst Neutronenabsorptionsfähigkeit. Die Rate, mit der der Neutronenabsorber 431 Neutronen absorbiert, wird da durch relativ reduziert, und es ist möglich, die Menge des Neutronenabsorbermaterials zu verringern. Als Ergebnis wird der Zeitpunkt, zu dem der Neutronenabsorber 431 mit dem An schwellen beginnt, auf der Grundlage der Reduzierung der Neutronenabsorptionsrate verzögert und dadurch entsprechend die mechanische Lebensdauer verlängert.In this case, if a plate is used as the base material for the wing 411 , which is made of an alloy of Hf with Zr or tip, the metal base material of the wing 411 itself has neutron absorption capacity. As a result, the rate at which the neutron absorber 431 absorbs neutrons is relatively reduced, and it is possible to reduce the amount of the neutron absorber material. As a result, the time at which the neutron absorber 431 starts to swell is delayed based on the reduction in the neutron absorption rate, and the mechanical life is extended accordingly.

Fig. 16 zeigt einen Teil des Steuerstabs, der so ausgelegt ist, daß der Zeitpunkt verzögert wird, zu dem die Spannun gen aufgrund des Anschwellens des Materials gerade zu ent stehen beginnen. Fig. 16 shows a part of the control rod, which is designed so that the time is delayed at which the voltages just start to arise due to the swelling of the material.

In dem in Fig. 17 dargestellten Flügel 411 sind Innenrohre 433 lose in jedes längliche Aufnahmeloch 418b an dessen äußeren Enden eingesetzt und ein Neutronenabsorber 434, zum Beispiel B₄C, ist in die Innenrohre 433 gefüllt, wäh rend der Neutronenabsorber 431, zum Beispiel B₄C in den Mittelbereich jedes Aufnahmelochs 418b eingefüllt ist. Die Innenrohre 433 sind lose in den seitlichen Löchern an den äußeren Enden des jeweiligen Aufnahmelochs 418b aufgenom men, so daß Schwellungs-Absorbierspalten 435 zwischen der Innenfläche des jeweiligen Aufnahmelochs 418b und der Außenfläche des Innenrohres 433 gebildet werden.In the wing 411 shown in FIG. 17, inner tubes 433 are loosely inserted into each elongated receiving hole 418 b at the outer ends thereof, and a neutron absorber 434 , for example B₄C, is filled in the inner tubes 433 , while the neutron absorber 431 , for example B₄C in the middle region of each receiving hole 418 b is filled. The inner tubes 433 are loosely received in the side holes at the outer ends of the respective receiving hole 418 b, so that swell absorbing gaps 435 are formed between the inner surface of the respective receiving hole 418 b and the outer surface of the inner tube 433 .

Diese Spalte 435 dienen als Ausweichräume, in die der Neu tronenabsorber bis zu einem gewissen Ausmaß frei anschwel en kann, so daß dadurch der Zeitpunkt verzögert wird, zu welchem Spannungen aufgrund von in den Gehäuselöchern des Flügels 411 beginnenden Schwellungen entstehen. These gaps 435 serve as alternative spaces into which the new tronenabsorber can swell freely to a certain extent, so that the time is delayed at which tensions arise due to swelling that begins in the housing holes of the wing 411 .

Fig. 17 zeigt eine fragmentarische Längsschnittansicht ei nes Flügels 511 eines weiteren Absorberstabs 510. Dieses Ausführungsbeispiel wurde im Hinblick auf Maß nahmen ausgelegt, die dem Anschwellen des Materials Rech nung tragen, ähnlich wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 14 bis 16. FIG. 17 shows a fragmentary longitudinal sectional view of a wing 511 of a further absorber rod 510 . This exemplary embodiment was designed with regard to measures which take into account the swelling of the material, similarly to the embodiments according to FIGS. 14 to 16.

Fig. 17 zeigt ein Beispiel für die Ausgestaltung von Auf nahmelöchern in der zweiten Zone Yc des Flügels 511 des Steuerstabs 510, die dazu dient, eine größere Menge an Neu tronenabsorber in einem beschränkten Bereich unterzubrin gen. Fig. 17 shows an example of the configuration of receiving holes in the second zone Yc of the wing 511 of the control rod 510 , which serves to accommodate a larger amount of neutron absorbers in a restricted area.

In der zweiten Zone Yc des Flügels 511 sind in der unten beschriebenen Weise Aufnahmelöcher 518 gebildet. Zunächst werden mehrere, um Beispiel vier Blindlöcher in Breiten richtung des Flügels durchgehend innerhalb der zweiten Zone Yc des Flügels 511 gebildet, derart, daß die Löcher einan der überlappen, um so ein längliches Aufnahme- oder Gehäu seloch 518 zu erhalten, wie es in Fig. 18 gezeigt ist. Als nächstes wird der Körper des Flügels 511 zusammengedrückt, so daß die Dicke des Körpers reduziert wird, wobei Grübchen oder Vertiefungen zum Absorbieren von Schwellungen gebildet werden, wie in Fig. 19 gezeigt ist. Der verbundene Lochbe reich jedes Aufnahmelochs 518 wird dadurch aus dem ur sprünglichen Zustand, der durch gestrichelte Linien ange deutet ist, verformt in einen durch ausgezogene Linien skizzierten Zustand. Nach der Bildung der Vertiefungen 528 wird das Grundmaterial des Flügels einer Warmbehandlung un terzogen, um Restspannungen an dem verbundenen Lochab schnitt jedes Aufnahmelochs 518 zu beseitigen. Danach wird ein Neutronenabsorber, zum Beispiel B₄C-Granulat, in jedes Aufnahmeloch 518 eingebracht.Receiving holes 518 are formed in the second zone Yc of the wing 511 in the manner described below. First, several, for example four blind holes in the width direction of the wing are continuously formed within the second zone Yc of the wing 511 , such that the holes overlap one another so as to obtain an elongated receiving or housing seloch 518 , as shown in Fig . 18 is shown. Next, the body of the wing 511 is compressed so that the thickness of the body is reduced, forming pits or pits for absorbing swellings, as shown in FIG. 19. The connected Lochbe range of each receiving hole 518 is thereby deformed from the original state, which is indicated by dashed lines, into a state outlined by solid lines. After the formation of the recesses 528 , the base material of the wing is subjected to a heat treatment in order to remove residual stresses at the connected hole section of each receiving hole 518 . Then a neutron absorber, for example B₄C granules, is introduced into each receiving hole 518 .

Wenn der Absorberstab, in welchem die zweite Zone Yc des Flügels 511 den in den Fig. 17 bis 19 dargestellten Aufbau aufweist, mit Neutronen bestrahit wird, wenn der Stab in den Reaktorkern eingefahren ist, schwillt das B₄C- Granulat, welches als Neutronenabsorber dient, durch den Effekt des Heliums, welches durch die Be strahlung erzeugt wird, an und drückt die Innenflächen der Aufnahmelöcher 518 nach außen.When the absorber rod, in which the second zone Yc of the wing 511 has the structure shown in FIGS . 17 to 19, is irradiated with neutrons when the rod is inserted into the reactor core, the B₄C granulate, which serves as a neutron absorber, swells. by the effect of the helium, which is generated by the radiation, and presses the inner surfaces of the receiving holes 518 outwards.

Da nun die Schwellungs-Absorbiervertiefungen einen Raum darstellen, der die Expansion des unter Druck stehenden Körpers des Flügels 511 an der Stelle des verbundenen Loch bereichs jedes Aufnahmelochs 518 in der zweiten Zone Yc des Flügels 511 in Dickenrichtung des Flügels absorbiert, ist es möglich, daß jedes Aufnahmeloch 518 sich bis zu einem Ausmaß erweitert, welches dem ursprünglichen Zustand gemäß Fig. 18 entspricht, also dem Zustand vor der Verformung des Aufnahmelochs 518. Dabei werden um das Aufnahmeloch 518 herum keine nennenswerten Spannungen erzeugt, auch wenn die Innenfläche des Aufnahmelochs die Schwellungskraft auf nimmt.Now, since the Schwellungs-Absorbiervertiefungen constitute a space of the wing 511 area at the location of the associated hole of each receiving hole 518 in the second zone Yc of the blade 511 in the thickness direction of the wing absorbs the expansion of the pressurized body, it is possible that each receiving hole 518 widens to an extent that corresponds to the original state shown in FIG. 18, that is, the state before the deformation of the receiving hole 518 . No significant stresses are generated around the receiving hole 518 , even if the inner surface of the receiving hole absorbs the swelling force.

Darüber hinaus ist die Änderungsgeschwindigkeit aufgrund der Anschwellung des Volumens des B₄C-Granulats klein, und das Ausmaß der Schwellung des B₄C-Granulats, das erforder lich ist, um die schwellungsabsorbierenden Vertiefungen 528 an der Stelle des Verbindungslochabschnitts jedes Aufnahme lochs 518 bis zum Erreichen der ursprünglichen Lage, die in Fig. 18 erreicht ist, ist beträchtlich. Damit absorbieren die Vertiefungen 528 an den Stellen der Aufnahmelöcher 518 innerhalb der zweiten Zone Yc des Flügels 511 das anschwel lende B₄C-Granulat und beschränken dadurch wirksam durch Schwellungen von B₄C hervorgerufene Spannungen und gestat ten damit eine Verlängerung der mechanischen Lebensdauer.In addition, the rate of change is small due to the swelling of the volume of the B₄C granules, and the amount of swelling of the B₄C granules required to make the swelling absorbing depressions 528 in place of the communication hole portion of each receiving hole 518 until the original one is reached Location achieved in Fig. 18 is considerable. Thus, the depressions 528 at the locations of the receiving holes 518 within the second zone Yc of the wing 511 absorb the swelling B₄C granules and thereby effectively limit stresses caused by swellings of B₄C and thus permit an extension of the mechanical life.

Claims

1. Cross-sectionally shaped absorber rod for a nuclear reactor, with four plate-shaped wings, in which round holes are formed for receiving neutron absorber material, which extend horizontally with the absorber rod in a vertical position, the amount of which in a given vertical section is one first upper zone of the absorber rod contained absorber material is less than in a second zone below the first zone, characterized in that in the second zone (W) the cavities me ( 14 a; 418 , 418 a, 418 b, 518 ) as elongated holes with relatively large vertical height and relatively small horizontal width are formed by partially overlapping adjacent holes of circular cross-section.

2. Absorber rod according to claim 1, characterized in that the diameter of the holes forming the elongated holes in the end regions ( 418 a) is reduced compared to that of the holes in the central region.

3. absorber rod according to claim 1 or 2, characterized in that in the elongated holes with external clearance ( 435 ) inner sleeves ( 433 ) are arranged, which are filled with absorber material ( 434 ).

4. absorber rod according to claim 3, characterized in that the inner sleeves ( 433 ) occupy only the vertical end regions of the elongated holes ( 418 b).

5. absorber rod according to one of claims 1 to 4, characterized in that recesses ( 528 ) are embedded in the outer surfaces of the wings each at the level of the elongated holes.