DE4121103C2 - Kernreaktor-Steuerstab - Google Patents
Kernreaktor-SteuerstabInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor-Steuerstab
zum Einstellen und zum Steuern der Leistung eines Sie
dewasserreaktors, insbesondere einen Steuerstab,
der eine hervorragende Reaktivität und
lange Lebensdauer besitzt. Mit dem Steuerstab soll ein un
erwünschtes Schwellen oder Ausbeulen eines Neutronenabsor
bers beherrschbar sein und eine Verhinderung der Beein
trächtigung der mechanischen und physikalischen Lebensdauer
möglich sein, wenn eine Ausbeulung stattfindet.
Da die Neutronenabsorptionsleistung eines Steu
erstabs für einen Siedewasserreaktor, d. h. seine Fähigkeit zur Absorption von
Neutronen, nach und nach schlechter wird, muß der Steuerstab
aus dem Kern des Kernreaktors herausgenommen und durch einen neuen Steuerstab ersetzt werden, nach
dem er eine vorbestimmte Zeitspanne in Betrieb war.
Allerdings
muß dieser Austausch vorgenommen werden, während der Be
trieb des Kernreaktors stillgesetzt ist, was eine umfang
reiche Arbeit bedeutet, die lange Zeit in Anspruch nimmt.
Dementsprechend lang ist die Stillstandszeit des Kernreak
tors, was eine verschlechterte Verfügbarkeit bedeutet.
Hinzu kommt das Risiko, daß die
Arbeiter Strahlung ausgesetzt sind.
Bei dem gebrauchten Steuerstab handelt es sich um ein
großvolumiges und stark radioaktives Abfallmaterial, so daß schon aus
diesem Grund eine Verlängerung der Lebensdauer des
Steuerstabs erwünscht ist. Deshalb wurden verschiedene
langlebige Steuerstäbe für Kernreaktoren entwickelt, und
ein Teil dieser Steuerstäbe wurde in der
Praxis erprobt.
Ein solcher langlebiger Steuerstab ist in der
JP-Patent-OS 53-74 697, japanische Patentveröffentlichung 59-
138 987 beschrieben. Dieser Steuerstab für einen Kernreaktor ist im we
sentlichen so aufgebaut, daß sich in demjenigen Abschnitt,
der von einer relativ großen Neutronenmenge bestrahlt wird,
anstelle einer Borverbindung ein langlebiger Neutronenab
sorber befindet, der aus Hf-Metall oder einer Ag-In-Cd-Le
gierung besteht.
An einem unteren Abschnitt des Kernteils ist abnehmbar ein
Steuerstab für Kernreaktoren in einen Spalt eingesetzt, der
einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist und
zwischen Brennelementen ausgebildet ist, von denen
jedes ein sich aus vier Einzelbrennelementen zusammenset
zender Satz ist, der in den Kern des Kernreaktors geladen
ist.
Einer besonders hohen Neutronenmenge werden der vordere Abschnitt,
gesehen in Einsetzrichtung und der äußere Endabschnitt (das
äußere seitliche Ende des Flügels) des Steuerstabs
ausgesetzt. Deshalb befindet sich zur Verlän
gerung der Lebensdauer des Steuerstabs in diesen Bereichen
Hafnium (Hf), dessen Neutronenabsorptionsfähigkeit auch
dann nicht nennenswert beeinträchtigt wird, wenn es mit ei
ner großen Menge Neutronen bestrahlt wird. Außerdem ist in
den übrigen Bereichen des Steuerstabs billiges und leichtes
Borkarbid (B4C) angeordnet.
Fig. 34 bis 36 zeigen einen herkömmlichen Steuerstab für
Kernreaktoren. Bei diesem Steuerstab sind mehrere Glieder 1
vorgesehen, von denen jedes einen kreuzförmigen Verbin
dungsabschnitt aufweist. Die Glieder 1 sind in axialer
Richtung in vorbestimmten Intervallen angeordnet. Außerdem
sind an dem Verbindungsglied 1 vier Flügel 2 befestigt, bei
denen es sich jeweils um eine längliche rechtwinklige
Platte handelt. Die vier Flügel 2 bilden die Form eines
Kreuzes. An den Frontabschnitten der vier Flügel 2 ist eine
Handhabe 3 befestigt.
Jeder der Flügel 2 besitzt mehrere Aufnahmelöcher 2a, die
sich in Breitenrichtung des Flügels erstrecken. Jedes Auf
nahmeloch 2a liegt auf einer Linie in Längsrichtung des
Flügels 2. In dem Aufnahmeloch 2a im Front-Einsetzabschnitt
des Flügels 2 befindet sich ein langlebiger Neutronenabsor
ber 3a, der sich aus Hf zusammensetzt. Außerdem ist in den
übrigen Aufnahmelöchern 2a ein Neutronenabsorber 4 aus B4C
eingeschlossen. In dem äußeren seitlichen Endabschnitt (Um
fangsbereich) des Flügels 2, entsprechend dem äußeren Um
fang des Steuerstabs A für Kernreaktoren, ist in Längsrich
tung des Flügels 2 ein Raum 2b derart ausgebildet, daß er
mit jedem der Aufnahmelöcher 2a in Verbindung steht. In dem
Raum 2b befindet sich ein langlebiger Neutronenabsorber 3b
aus Hf, der einen Endabschnitt jedes Aufnahmelochs 2a
verschließt und verhindert, daß das
B4C-Pulver aus den Aufnahmelöchern 2a heraustritt. Zwischen
dem Neutronenabsorber 3b und dem Außenumfang des Flügels 2
befindet sich ein Element 5 aus rostfreiem Stahl, welches
die Durchführung von Schweißarbeiten erleichtert.
Wenn der Flügel 2 zusammengebaut wird, wer
den die Neutronenabsorber 3a und 4 über einen Öffnungsab
schnitt 2c (Fig. 35), der dem äußeren Umfangsabschnitt des
Flügels 2 gegenüberliegt, in das jeweilige Aufnahmeloch 2a
eingebracht. Dann werden der Neutronenabsor
ber 3b und das Element 5 aus rostfreiem Stahl in den Raum
2b eingesetzt, bevor zwei Plattenabschnitte 2d,
die sich in dem Öffnungsbereich 2c gegenüberliegen, nach
innen umgebogen und dann durch Schweißen verschlossen
werden.
Da der Schmelzpunkt des Neutronenabsorbers 3b aus Hf 2200°C
beträgt, also wesentlich höher liegt als der 1400°C betra
gende Schmelzpunkt des Stahl-Elements 5, wird der Neutro
nenabsorber 3b während des Schweißens nicht angeschmolzen,
und wird in dem äußeren Umfangsbereich des aus rost
freiem Stahl bestehenden Flügels 2 gehalten. Eine uner
wünschte Mischung von Hf-Atomen des Neutronenabsorbers 3b
mit dem in dem Schweißbereich vorhandenen Metall wird somit
verhindert. Man erhält also eine Schweißung hoher Güte.
Vorzugsweise ist ein Bereich l1 (siehe Fig. 34), in welchem
langlebiger Neutronenabsorber 3a enthalten ist, 3 cm bis
35 cm von dem vorderen Einsetzab
schnitt des Flügels entfernt, der den Steuerstab für den
Kernreaktor bildet. Ist der Bereich kürzer als 3 cm, so be
findet sich das den Neutronenabsorber 4 bildende B4C-Pulver
in unerwünschter Weise in einem Bereich, der von einer
großen Neutronenmenge bestrahlt wird. Wenn er hingegen län
ger als 35 cm ist, wird beim Herunterfahren des Kernreak
tors der Reaktivitätswert verschlechtert, da Hf im Ver
gleich zu B4C einen unzureichenden Neutronenabsorptionsef
fekt bietet. Das teure Hf wird dann in zu hohem Maße einge
setzt. Dieses Material ist nicht nur teuer, sondern auch
schwer, so daß dann der Einsatz unwirtschaftlich ist und
außerdem das Gewicht des gesamten Steuerstabs unerwünscht
ansteigt, verglichen mit dem herkömmlichen Steuerstab.
Die Länge des Bereichs l2 des Neutronenabsorbers 3b am
Außenumfang des Flügels 2 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2
cm. Ist der Bereich kürzer als 0,5 cm, so befindet sich in
diesem Bereich, der von einer großen Neutronenmenge be
strahlt wird, B4C-Pulver, welches
hier den Neutronenabsorber 4 bildet. Bei mehr als 2 cm be
findet sich Hf als Neutronenabsorber
3b in der (dem mittleren Abschnitt des Flügels benachbar
ten) Zone, in welcher die Stärke des Neutronenflusses redu
ziert ist, was zu dem oben angesprochenen Problem führen
würde.
In der JP-OS 1-2 02 691 ist ein Steuerstab für Kernreaktoren
beschrieben, welcher derart ausgestaltet ist, daß bei einem
ähnlichen Aufbau, wie er in Fig. 34 gezeigt ist, anstelle
des rostfreien Stahls eine verdünnte Hf-Legierung vorgese
hen ist, wobei es sich um eine Legierung aus Hf und Zirkon
(Zr) oder eine Legierung aus Hf und Titan (Ti) handelt.
Das Hafinium bildet zusammen mit
Zr oder Ti mit beliebigem Verhältnis eine Festlösungs-Legierung.
Zwar besitzen Hf, Zr und Ti im Bereich von Kern
reaktoren eine zufriedenstellende Materialstabilität, jedoch
absorbieren diese Stoffe bekanntlich Was
serstoff, wodurch ein Hydrid gebildet wird,
welches ein Ausbeulen, also eine kubische Expansion
hervorruft, wenn die Menge des Wasser
stoffs zu groß und die Menge des Sauerstoffs zu gering ist.
Hf ist ein hervorragender Neutronenabsorber, der eine Mehr
zahl von Isotopen besitzt. Dieses Material ist als typi
scher langlebiger Neutronenabsorber bekannt, da es eine Be
einträchtigung der Neutronenabsorptionsfähigkeit auch dann
vermeiden kann, wenn es mit Neutronen bestrahlt wird.
Außerdem besitzt Hf die Eigenschaft, in besonderem Maße Re
sonanzneutronen zu absorbieren. Seine Neutronenabsorptions
fähigkeit nimmt auch dann nicht rasch ab, wenn es bis zu
einem gewissen Grad mit einem Verdünnungsmittel versetzt
ist.
Wie oben beschrieben, besitzt Hf hervorragende Neutronenab
sorptionsfähigkeit, besitzt aber auch eine sehr hohe Dichte
(etwa 13,1 g/cm3). Hierdurch entsteht das Problem, daß die
ses Material nicht ohne weiteres und beliebig in einem
Steuerstab herkömmlicher Kernreaktoren eingesetzt werden
kann.
Andererseits besitzt Zr geringe Dichte (6,5 g/cm3) und kann
eine sehr gute Legierung zusammen mit Hf bilden. Auch Ti
besitzt eine relativ geringe Dichte (4,5 g/cm3) und kann
mit Hf eine hervorragende Legierung bilden. Deshalb kann
eine Legierung aus Hf und Zr oder eine Legierung aus Hf und
Ti (da Zr oder Ti als Verdünnungsmittel für Hf dient, wird
eine solche Legierung hier als verdünnte Legierung bezeich
net) die hervorragenden Eigenschaften in Kernreaktoren bei
behalten. Außerdem wird das Absorptionsvermögen für Neutro
nen im Vergleich zu der aus Hf bestehenden Struktur nicht
beeinträchtigt. Die Dichte, das heißt das spezifische Ge
wicht der verdünnten Legierung läßt sich reduzieren, so daß
die Dichte von rostfreiem Stahl (etwa 8 g/cm3) leicht re
alisierbar ist. Deshalb erhält man einen Steuerstab, der
für herkömmliche Kernreaktoren geeignet ist und einen ähn
lichen Aufbau besitzt, wie er in Fig. 34 dargestellt ist.
In diesem Fall kann das aus rostfreiem Stahl bestehende
Schweiß-Element 5 bei der in den Fig. 34 bis 36 dargestell
ten Struktur entfallen. Für die Schweißarbeiten
könnte deshalb ein Element vorgesehen werden, welches aus
der oben erwähnten verdünnten Legierung besteht.
Allerdings absorbiert Hf oder die Hf-Legierung Wasserstoff
und erzeugt eine Ausbeulung, wenn eine übermäßig große
Menge an Wasserstoff vorhanden und die Menge an Sauerstoff
zu gering ist. Der oben beschriebene Steuerstab gemäß der JP-OS
1-2 02 691 ist derart ausgebildet, daß Aufnahmelöcher in dem
Blatt aus der verdünnten Hf-Legierung gebildet sind und in
den Aufnahmelöchern B4C-(Borkarbid)-Pulver eingeschlossen
ist. 10B des B4C reagiert mit Neutronen unter Bildung von
4He und 7Li sowie 3T (Tritium).
Wenn die Menge von an den Steuerstab gelangenden Neutronen
zunimmt, läßt sich die Menge von 3T nicht vernachlässigen.
Obschon der Hauptanteil des 3T in dem B4C verbleibt, wird
ein Anteil von ihm aus dem B4C entfernt. Da Tritium Wasser
stoff ist, kann es von Hf, Zr oder Ti absorbiert werden.
Dadurch entsteht das Problem, daß die Beständigkeit von Hf,
der Hf-Zr-Legierung oder der Hf-Ti-Legierung, die auch als
Struktur-Element des Steuerstabs dient, beeinträchtigt
wird.
Der Steuerstab für Kernreaktoren des oben beschriebenen
Typs ist derart ausgebildet, daß mehrere Aufnahmelöcher in
einem Blatt aus einer verdünnten Legierung untergebracht
sind, wobei die Legierung durch Verdünnen von Hf mittels Zr
oder Ti als Verdünnungsmaterial hergestellt ist, während
die Borverbindung in einem Abschnitt des Hauptteils der
Aufnahmelöcher eingeschlossen ist. Es ist zu befürchten,
daß Tritium 3T, das bei der Reaktion von Bor mit Neutronen
reagiert, sowie Wasserstoff, der durch eine Radiolyse
von bei der Herstellung eingegebenem Wasser entsteht, sich
zwischen die Aufnahmelöcher bewegen und dadurch Hydride
HfH2 (Hf3T2), ZrH2 (Zr3T2), TiH2 (Ti3T2) oder dergleichen
mit dem Hf, Zr oder Ti entstehen. Dies führt zu einer kubi
schen Expansion (Ausbeulung oder Schwellung) wegen der Vo
lumenzunahme der ursprünglichen Hf-Legierung. Es besteht
also die Möglichkeit, daß in der Hf-Zr- oder Hf-Ti-Legie
rung von der Innenseite der Aufnahmelöcher her Spannungen
entstehen, wobei die genannten Legierungen als Strukturma
terial dienen.
Ein weiterer langlebiger Steuerstab
ist in der
japanischen Patentveröffentlichung 1-45 598 (JP-OS
57-17 292) offenbart. Bei diesem Steuerstab wird eine neutro
nenabsorbierende Stange verwendet. Die neutronenabsorbie
rende Stange ist derart ausgestaltet, daß Borkarbid-(B4C)-
Pulver und eine Stange aus Hf-Metall oder einer Ag-In-Cd-
Legierung in einem langgestreckten, aus rostfreiem Stahl
bestehenden abgedeckten Rohr eingeschlossen ist. Außerdem
befindet sich zwischen den beiden genannten Elementen Me
tallwolle. Im vorderen Endabschnitt, der sehr stark von
Neutronen bestrahlt wird, befindet sich, in Einführrichtung
des Steuerstabs gesehen, die Stange aus Hf-Metall oder ei
ner Ag-In-Cd-Legierung, während das B4C-Pulver im Endab
schnitt gegenüber dem vorderen Einsetzabschnitt einge
schlossen ist, weil die Menge der Neutronenstrahlung in
diesem Bereich relativ gering ist.
Allerdings haben Untersuchungen gezeigt, daß noch Verbesse
rungen des oben erläuterten Neutronenabsorber-Stabs mög
lich sind, bei dem die Borver
bindung und die Stange aus Hf-Metall oder Ag-In-Cd-Legie
rung eingeschlossen sind. Das heißt, ein Anteil des
Tritiums (3T), das durch die Reaktion von Bor in
der Borverbindung mit Neutronen erzeugt wird, in der Ober
flächenschicht des Hf-Metalls oder der Ag-In-Cd-Legierung
absorbiert wird, die miteinander in Verbindung ste
hen, so daß eine Ausbeulung in dem Neutronenabsorber statt
findet. Hierdurch wird die Intaktheit des abgedeckten Rohrs
beeinträchtigt.
Aufgrund der Radiolyse ändert sich außerdem ein Teil des in
dem Deckrohr bei der Herstellung verbliebenen Wassers zu
Wasserstoff. Da außerdem Wasserstoff das aus rostfreiem
Stahl bestehende Rohr durchdringt, gelangt auch durch die
Radiolyse des Reaktorkernwassers erzeugter Wasserstoff in
das abgedeckte Rohr. Dieses Hineingelangen von Wasserstoff
verursacht ein Schwellen des Materials, wobei der Wasser
stoff in die Oberflächenschicht des Hf-Metalls oder der Ag-
In-Cd-Legierung absorbiert werden kann, ähnlich wie bei dem
oben beschriebenen Fall des Tritiums.
Aus der DE 39 03 844 A1 ist Kernreaktor-Steuerstab gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bekannt. Hierbei sind die Flügel derart angeordnet, daß sie einen kreuzförmigen
Querschnitt bilden, wobei jeder Flügel oder zumindest ein Mantelelement jedes Flügels
aus einer verdünnten Legierung aus langlebigem Neutronenabsorber, z. B. Hafnium, und
einem Verdünnungsmittel, z. B. Zirkonium oder Titan, besteht. Hierbei sind Neutronenabsorber-Aufnahmelöcher
in dem aus dieser Legierung bestehenden Abschnitt enthalten.
Zur Verminderung eines Aufquellens des Neutronenabsorbers sind strukturelle Maßnahmen
vorgesehen.
In der EP 0 175 174 A1 ist ein Steuerstab beschrieben, der kreuzförmigen Querschnitt
besitzt. Die Absorberplatten weisen Kanäle auf, in denen Borkarbid oder anderes Absorbermaterial
enthalten ist, und die durch einen Mantel von der Steuerstabumgebung
getrennt sind. Zwischen dem Absorbermaterial und dem Seitenteil kann ein zusätzlicher
Körper aus metallischem Absorbermaterial angeordnet sein, wobei im Inneren des Steukerstabs
Gasströmungspfade ausgebildet sind. Hierdurch läßt sich unterschiedlicher Gasdruck
in den einzelnen Kanälen ausgleichen.
EP 0 285 380 A2 offenbart einen Steuerstab mit kreuzförmigem Querschnitt, bei dem jeder
Flügel einen zylindrischen Kern und eine rohrförmige metallische Hülse für die Aufnahme
von Neutronenabsorbermaterial enthält.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerstab für Kernreaktoren zu schaffen,
der sich durch hohe Lebensdauer auszeichnet und bei dem Ausbeulungsprobleme
wirksam verhindert werden können.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 17 genannten
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Steuerstab zeichnet sich somit dadurch aus, daß Ausbeulungsprobleme
wirksam verhindert werden, wodurch die mechanische Intaktheit und folglich die
gesamte Lebensdauer sowie die mechanische Festigkeit sehr gut sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Steuerstab ist ferner selbst dann, wenn Wasserstoff oder
Tritium, das leicht mit Hf, Zr oder Ti, reagiert, in den Aufnahmelöchern oder sonstigen
Bereichen innerhalb der Steuerstab-Flügel enthalten ist, die Erzeugung von Hydriden
verringert. Zudem ist das Entstehen von Spannungen in den Aufnahmelöchern selbst bei
dennoch erfolgender geringfügiger Erzeugung von Hydriden verhindert, was gleichfalls die
mechanische Intaktheit des Steuerstabs verbessert und dessen Lebensdauer verlängert.
Bei dem Steuerstab sind eine Borverbindung wie zum Beispiel
Borkarbid (B4C) und Europium Hexaborid (EuB6) und ein Was
serstoffabsorber vorgesehen, der sich aus mindestens entwe
der Zirkon-Partikeln (Zr), die eine hervorragende wasser
stoffabsorbierende Wirkung haben, oder Hafnium-Pulver (Hf)
zusammensetzt (da Hf eine geringere Aktivität aufweist als
Zr, ist seine Partikelgröße vorzugsweise klein). Deshalb
lassen sich in wirksamer Weise Tritium-Atome (3T), die als
direkte oder indirekte Reaktion von Bor mit Neutronen ent
stehen, sowie aktive Wasserstoff-Atome (H), die aus einer
Radiolyse von eingeleitetem Wasser bei der Herstellung des
Steuerstabs entstehen, absorbieren. Daher läßt sich die was
serstofferzeugende Reaktion an der Innenfläche des in dem
Flügel ausgebildeten Aufnahmelochs wirksam verhindern.
Außerdem läßt sich wirksam eine weitere wasserstofferzeu
gende Reaktion des Hf-Metalls oder der Ag-In-Cd-Legierung,
die in einen Abschnitt der Aufnahmelöcher innerhalb des
Flügels eingeführt sind, verhindern. Da das Volumen der Zr-
Partikel und des Hf-Pulvers mit der Absorption von Wasser
stoff zunimmt, muß die eingeschlossene Gemischdichte der
Borverbindung und zumindest entweder der Zr-Partikel oder
des Ht-Pulvers eingestellt werden, indem vorher die Volu
menzunahme abgeschätzt wird.
Weiterhin ist an der Innenfläche des Aufnahmelochs in dem
Flügel ein Zirkon-Blatt (Zr) angebracht, welches eine zu
friedenstellende wasserstoffabsorbierende Wirksamkeit und
verringerte Härte besitzt, wobei die Anordnung in Form ei
ner Hülse erfolgt. Weiterhin ist
in der Hülse die Borverbindung, zum Beispiel B4C und EuB6 eingeschlossen.
In diesem Fall kann ein Herstellungsprozeß
eingesetzt werden, bei dem ein aus Zr bestehendes rohrförmiges
Element verwendet wird, bevor die Anordnung in
das Aufnahmeloch eingesetzt wird. Hierdurch entsteht
zwangsläufig ein Spalt gewisser Größe zwischen dem rohrför
migen Element aus Zr und der Innenfläche des das Element
aufnehmenden Rohrs. Wenn daher eine Ausbeulung stattfindet,
welche das rohrförmige Element aus Zr Wasserstoff absor
biert, so absorbiert der erwähnte Spalt die räumliche Aus
dehnung, so daß sich der Beginn einer Spannungsentstehung
oder Spannungseinleitung in dem Aufnahmeloch spürbar hin
auszögern läßt. Wenn kein Wasserstoff oder nur sehr wenig
Wasserstoff absorbiert wird, da die Wasserstoffdichte in
dem rohrförmigen Element aus Zr gering ist, absorbiert
das aus Zr bestehende rohrförmige Element oder der oben er
wähnte Spalt die räumliche Ausdehnung aufgrund des An
schwellens der Borverbindung. Deshalb läßt sich der Zeit
punkt, zu dem die Spannung auf das Aufnahmeloch einwirkt,
beträchtlich hinauszögern.
Weiterhin ist der Hf-Metall-Stab oder der Stab aus der Ag-
In-Cd-Legierung, der in das Aufnahmeloch in dem Flügel ein
zusetzen ist, in Längsrichtung in zwei Stücke unterteilt.
Zwischen diesen beiden Stücken befindet sich ein Zr-Strei
fen. Wenn also auf die Innenfläche des Aufnahmelochs aus
diesem oder jenem Grund eine Spannung einwirkt, so kann der
Streifen zerdrückt werden, so daß dadurch die Erzeugung von
übermäßig starken Spannungen verhindert wird. Da Zr eine
zufriedenstellende wasserstoffabsorbierende Wirkung hat,
absorbiert es Wasserstoff, wenn die Dichte des Wasserstoffs
angestiegen ist, wodurch die Dichte verringert wer
den kann. Die aufgrund der Wasserstoffabsorption durch das
eingesetzte Element, zum Beispiel die Hf-Metallstange oder
die Stange aus Ag-In-Cd-Legierung, die in das Aufnahmeloch ein
gesetzt wird, hervorgerufene Schwellung kann deutlich ver
ringert werden. Außerdem kann die Schwellung spürbar verzö
gert werden, die durch die Wasserstoffabsorption durch Hf,
die Hf-Zr-Legierung oder die Hf-Ti-Legierung stattfindet.
Außerdem werden die aus Zr bestehenden rohrförmigen Ele
mente in einen Abschnitt der Aufnahmelöcher eingesetzt, die
in der Nachbarschaft des vorderen Einsetzabschnitts ausge
bildet sind. Das rohrförmige Element ist als nicht-abge
dichteter Typ ausgebildet und besitzt hohle Form, um ein
Gasplenum zu bilden. Wenn in dem Gas Wasserstoff oder Tri
tium enthalten ist, so kann dieses von dem rohrförmigen Zr-
Element absorbiert werden. Deshalb läßt sich die Absorption
von Wasserstoff oder Tritium in die Innenfläche des Aufnah
melochs hinein verhindern. Im Ergebnis erhält man dauerhaft
ein intaktes Aufnahmeloch. Damit besitzt das Mate
rial die Funktion eines Wasserstoff-Tankstoffs und die
Funktion eines Gasplenums (einer Gasanfüllung).
Das Hf oder die Hf-Legierung oder die Ag-In-Cd-Legierung,
die den langlebigen Neutronenabsorber bilden, welcher in
dem Neutronenabsorber-Stab zur Verwendung in dem Steuerstab
eingeschlossen ist, absorbiert mit seiner
Oberfläche Wasserstoff, der durch die Radiolyse von bei
der Herstellung in dem Neutronenabsorber-Stab verbliebenen
Wasser entsteht oder aus dem Wasser
des Reaktorkerns gebildet wird und eindringt, nachdem es das
Deckrohr durchdrungen hat, und auch Tritium, welches, falls die Borverbindung miteingeschlossen
ist, aus
der Reaktion zwischen Bor und Neutronen entsteht und frei
gesetzt wird, falls die Borverbindung miteingeschlossen
ist.
Erfindungsgemäß kann jedoch zwischen dem langlebigen Neutro
nenabsorber und dem Deckrohr ein Spalt oder eine Lücke ge
bildet sein, so daß der langlebige Neutronenabsorber von einer
dünnen Hülse aus Zirkon, Hafnium, Titan oder rostfreiem
Stahl umgeben ist, oder aber es ist eine Oxidschicht auf
der Oberfläche des langlebigen Neutronenabsorbers ausgebil
det, bevor letzterer von dem Deckrohr aufgenommen wird.
Deshalb läßt sich die Erzeugung von Spannungen in dem Deck
rohr aufgrund eines Anschwellens des langlebigen Neutronen
absorbers spürbar verhindern.
Wenn zwischen dem langlebigen Neutronenabsorber und dem
Deckrohr ein Spalt gebildet wird, wird der Einfluß der An
schwellung, wenn eine solche stattfindet, auf das Deckrohr
spürbar verringert. Wenn die dünne Hülse um den langlebigen
Neutronenabsorber herum ausgebildet und aus Zr, Hf oder Ti
besteht, so dient die Hülse als Wasserstoff-Fänger. Aus
diesem Grund läßt sich das Anschwellen des langlebigen Neu
tronenabsorbers aufgrund von Wasserstoffabsorption verhin
dern. Obschon das Hülsen-Element einer Schwellung unter
liegt, kann der Einfluß auf das Deckrohr reduziert werden,
da der eine gewisse Größe aufweisende Spalt, der als Raum
zur Aufnahme oder Absorption der Schwellung dient, notwen
digerweise zwischen der Innenfläche des Rohrkörpers und der
Außenfläche der Hülse sowie zwischen der Innenfläche der
Hülse und der Oberfläche des langlebigen Neutronenabsorbers
gebildet wird. In dem Fall, daß die Hülse aus rostfreiem
Stahl besteht, erzeugt der langlebige Neutronenabsorber
eine Schwellung. Allerdings dient die Lücke als schwel
lungsabsorbierender Raum, so daß die Erzeugung von Spannun
gen in dem Deckrohr spürbar herabgesetzt werden kann. Wenn
auf der Oberfläche des langlebigen Neutronenabsorbers eine
Oxidschicht ausgebildet wird, dient die Oxidschicht als
Barriere gegen die Absorption von Wasserstoff. Deshalb läßt
sich die Erzeugung von Ausbeulungen in dem langlebigen Neu
tronenabsorber verhindern.
Wenn sowohl der langlebige Neutronenabsorber als auch die
Borverbindung in dem Deckrohr eingeschlossen sind, dienen
die Zr-Partikel oder das Hf-Pulver als Wasserstoff-Fangma
terial, welches mit dem Borverbindungs-Pulver gemischt ist,
das sich in einer Zone befindet, die einer relativ großen
Menge Neutronen ausgesetzt ist. Deshalb wird Tritium, wel
ches erzeugt wird, wenn die Borverbindung Neutronen ausge
setzt wird, von den Zr-Partikeln oder dem Hf-Pulver absor
biert. Dementsprechend läßt sich der Austrag von Tritium
verhindern, und mithin wird ein Schwellen des langlebigen
Neutronenabsorbers verhindert. Wenngleich die Borverbindung
aufgrund des He-Gases, welches
wegen der Reaktion der Borverbindung mit Neutronen erzeugt
wird, eine Anschwellung hervorruft, läßt sich die Erzeugung von auf das Deckrohr einwir
kenden Spannungen dadurch verhindern, daß man die Dichte
der einschließenden Borverbindung einstellt.
Man kann ein weiteres Verfahren einsetzen, bei dem die in
einer Zone vorhandene Borverbindung, die einer relativ
großen Menge von Neutronen ausgesetzt ist, in dem aus Zr,
Hf oder rostfreiem Stahl bestehenden Innenrohr eingeschlos
sen wird. Wenn das Innenrohr aus Zr besteht, so kann es als
Wasserstoff-Fänger oder zur Spannungs-Relaxation dienen. Be
steht es aus Hf, so besitzt es die Funktion des Wasser
stoff-Fängers und der Spannungs-Relaxation sowie die
Funktion eines langlebigen Neutronenabsorbers. Das aus
rostfreiem Stahl bestehende Innenrohr bewirkt eine Spannungs
Relaxation, die durch Bildung des Spalts realisiert wird. Vor
zuziehen in diesem Fall ist es jedoch, die Zr-Partikel oder das
Hf-Pulver mit der Borverbindung zu mischen. Auch in
diesem Fall läßt sich verhindern, daß von der Borverbindung
austretendes Tritium in den langlebigen Neutronenabsorber
diffundiert. Das Schwellen der Borverbindung, verursacht
durch das He-Gas, läßt sich durch das Innenrohr absorbie
ren, so daß in dem Deckrohr erzeugte Spannungen in sehr
starkem Maße reduziert werden können. Erfindungsgemäß wird
durch die genannten Maßnahmen die Intaktheit des Deckrohrs
spürbar verbessert.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an
hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausfüh
rungsform eines Steuerstabs für einen Kernreaktor
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Vertikal-Schnittansicht, die einen wesentli
chen Teil des Steuerstabs für Kernreaktoren gemäß
Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 eine Vertikal-Schnittansicht entlang der Linie I-I
in Fig. 2,
Fig. 4 eine geschnittene Draufsicht entlang der Linie II-
II in Fig. 2,
Fig. 5 eine geschnittene Draufsicht entlang der Linie III-
III in Fig. 2,
Fig. 6 eine geschnittene Draufsicht entlang der Linie IV-
IV in Fig. 2,
Fig. 7 eine geschnittene Draufsicht entlang der Linie V-V
in Fig. 2,
Fig. 8 eine geschnittene Draufsicht entlang der Linie VI-
VI in Fig. 2,
Fig. 9 eine Vertikal-Schnittansicht, die eine zweite Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Steuerstabs für
Kernreaktoren darstellt, wobei ein Abschnitt eines
Flügels skizziert ist,
Fig. 10 eine Vertikal-Schnittansicht entlang der Linie VII-
VII in Fig. 9,
Fig. 11(A) bis 11(I) geschnittene Grundrißdarstellungen,
die jeweils Strukturen von Aufnahmelöchern eines
Flügels für den erfindungsgemäßen Steuerstab dar
stellen,
Fig. 12 einen Zustand, in welchem ein Neutronenabsorber in
die in dem Flügel ausgebildeten Aufnahmelöcher ein
gesetzt werden,
Fig. 13 einen Zustand, in welchem die Aufnahmelöcher des
Flügels, in die der Neutronenabsorber eingesetzt
wurde, abgedichtet wird,
Fig. 14 eine Teil-Querschnittansicht, die eine dritte Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Steuerstabs dar
stellt,
Fig. 15 eine Vertikal-Schnittansicht entlang der Linie H-H
in Fig. 14,
Fig. 16 eine Querschnittansicht, die eine vierte Ausfüh
rungsform eines erfindungsgemäßen Steuerstabs dar
stellt,
Fig. 17 eine fünfte Ausführungsform des Steuerstabs gemäß
der Erfindung,
Fig. 18 eine perspektivische Gesamtdarstellung, die eine
sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steu
erstabs zeigt,
Fig. 19 eine Schnittansicht, die einen Abschnitt der Anord
nung nach Fig. 18 zeigt,
Fig. 20 eine Vertikal-Schnittansicht eines Neutronenabsor
ber-Stabs, der in dem Steuerstab gemäß Fig. 18 vor
handen ist,
Fig. 21 eine Schnittdarstellung entlang der Linie I-I in
Fig. 20,
Fig. 22 eine Schnittansicht entlang der Linie J-J in Fig.
20,
Fig. 23 eine Schnittdarstellung entlang der Linie K-K in
Fig. 20,
Fig. 24 bis 29 Vertikalschnittansichten weiterer Modifizie
rungen des Abschnitts X in Fig. 20,
Fig. 30 und 31 Vertikal-Schnittansichten weiterer Modifi
zierungen des Abschnitts Y in Fig. 20,
Fig. 32 eine Querschnittansicht, die einen Abschnitt des
Flügels zu Verwendung des Steuerstabs in einem Sie
dewasserreaktor darstellt,
Fig. 33 eine Schnittansicht, die einen Abschnitt L in Fig.
32 darstellt,
Fig. 34 eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen Steu
erstab für Kernreaktoren zeigt,
Fig. 35 einen Zustand, bei dem ein Neutronenabsorber in dem
Aufnahmeloch des Flügels eines herkömmlichen Steu
erstabs eingesetzt ist, und
Fig. 36 einen Zustand, bei dem der Neutronenabsorber nach
Fig. 35 abgedichtet ist.
Fig. 1 zeigt die Gestalt einer ersten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Steuerstabs für einen Kernreaktor. Der
Steuerstab 10 wird in den Reaktorkern eines Kernreaktors
eingeführt oder aus ihm herausgezogen, was mittels eines
zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigten Steuer
stab-Antriebsmechanismus erfolgt. Brennstoffkassetten bil
den jeweils einen Satz aus vier Brennstoffeinheiten, die in
dem Reaktorkern eines als Leichtwasserreaktor ausgebildeten
Siedewasserreaktors angeordnet sind. Als Ergebnis des Hin
einschiebens beziehungsweise Herausziehens des Steuerstabs
in den Reaktorkern beziehungsweise aus dem Reaktorkern her
aus läßt sich der Betrieb des Kernreaktors stillsetzen,
oder es läßt sich die Leistung des Reaktors einstellen und
steuern.
Der Steuerstab 10 für den Kernreaktor besitzt ein oberes
Struktur-Element 11 als obere Struktureinrichtung, ein un
teres Struktur-Element 12 als untere Struktureinrichtung,
ein zentrales Verbindungsglied 13 zwischen oberem Struktur-
Element 11 und unterem Struktur-Element 12, als mittige
Verbindungseinrichtung dient, sowie vier rechtwinklige Flü
gel 14, die mit dem zentralen Verbindungsglied zur Bildung
eines im Querschnitt kreuzförmigen Teils verbunden sind und
jeweils eine Flügeleinrichtung bilden. Eine Handhabe 15
dient zum Handhaben des Steuerstabs 10, und sie ist ein
stückig mit dem oberen Struktur-Element 11 ausgebildet. Ein
Geschwindigkeitsbegrenzer 16 ist am unteren Abschnitt des
unteren Struktur-Elements 12 befestigt. Unterhalb des Ge
schwindigkeitsbegrenzers 16 befindet sich eine Kupplungs
buchse 17, die abnehmbar an dem Steuerstab-Antriebsmecha
nismus befestigt ist. Führungsrollen 18 und 19 haben die
Aufgabe, den Steuerstab 10 glatt zu führen.
Das zentrale Verbindungsglied 13, welches die vier Flügel
14 des Steuerstabs 10 miteinander verbindet, kann durchge
hend zwischen dem oberen Struktur-Element 10 in Richtung
auf das untere Struktur-Element 12 ausgebildet sein. Alter
nativ hierzu sind mehrere zentrale Verbindungsglieder 13 in
Abständen von 20 bis 30 cm angeordnet. Der obere Endab
schnitt 14a des einstückig mit dem Verbindungsglied 13
durch Schweißen verbundenen Flügels 14 ist an dem oberen
Struktur-Element 11 befestigt, während der untere Abschnitt
des Flügels an dem unteren Struktur-Element 12 befestigt
ist. Jeder der Flügel 14 wird, wie in den Fig. 2 und 3 ge
zeigt ist, durch eine rechtwinklige Hafniumplatte, eine
hauptsächlich Hafnium enthaltende Metallplatte, eine Me
tallplatte aus einer Legierung aus Hafnium und Zirkon (Zr)
oder eine Legierung aus Hafnium und Titan (Ti) oder einer
Platte aus einer Legierung mit einer Hauptkomponente aus
Zirkon (Zr) und Titan (Ti) gebildet. Der Flügel 14 besitzt
mehrere Aufnahmelöcher 20, die sich in Breitenrichtung des
Flügels 14 über eine Länge L erstrecken, welche äquivalent
zu der gesamten axialen Länge des Kerns des Kernreaktors
ist, wobei die Länge L äquivalent zu der Höhe des effekti
ven Kernabschnitts des Kernreaktors ist, das heißt bei
spielsweise 3,6 m oder 3,7 m.
Jedes der Aufnahmelöcher 20, das in dem Flügel 14 ausgebil
det ist, gehört zu Zonen (A) bis (E) oder weiteren Zonen,
betrachtet von der Vorderseite in Einsetzrichtung. In die
Aufnahmelöcher 20 der Zone (A) sind hohle rohrförmige Ele
mente (Hülsen) 21 eingesetzt, die jeweils aus Zr
bestehen. Die aus Zr bestehenden hoh
len rohrförmigen Elemente 21 sind jeweils mit Partikeln
(Korn) aus Zr oder reinem Zr gefüllt und in die Zone (B)
eingesetzt. Rohrförmige Elemente 21 aus Zr,
in die jeweils ein Stab aus Hf-Metall (einer Hafnium-Legie
rung oder einer Ag-In-Cd-Legierung) 23 als langlebiges Ab
sorbermaterial-Element eingesetzt ist, sind in die Aufnah
melöcher der Zone (C) eingesetzt. Weiterhin befinden sich
in den Aufnahmelöchern 20 innerhalb der Zone (D) B4C-Parti
kel (Pulver) 27a und Partikel aus Zr 27b als
Gemisch. In die Aufnahmelöcher 20 innerhalb der Zone (E)
sind B4C-Partikel eingefüllt.
Da Hafnium (Hf), welches als langlebiger Neutronenabsorber
dient, Resonanz-Neutronenabsorbermaterial ist, ist es not
wendig, das Material zu einer Stange mit großer Oberfläche
in Relation zu dem Volumen zu verarbeiten. Hafnium ist ein
metallisches Element, welches chemisch sehr stabil ist. Es
gibt viele Arten von Hafnium-Isotopen Hf-176, Hf-177, Hf-
178, Hf-179, Hf-180 und dergleichen, die im Stande sind, in
zufriedenstellender Weise Neutronen zu absorbieren und die
in beträchtlichem Maß Neutronen mit Resonanzenergie absor
bieren können. Insbesondere haben Hf-177 und Hf-178 eine
hervorragende neutronenabsorbierende Wirkung. Zum Beispiel
absorbiert Hf-176 ein Neutron unter Umwandlung in Hf-177
und dieses wiederum absorbiert Neutronen, um über Hf-178
und Hf-179 in Hf-180 überzugehen. Kurz gesagt, Hf-Atomkerne
vermögen mehrere Neutronen zu absorbieren, und sind sehr
lange Zeit im Stande, Neutronen aufzunehmen. Deshalb läßt
sich sagen, daß Hafnium ein "langlebiger" Neutronenabsorber
ist.
In den oben erwähnten Zonen (A) bis (D) befindet sich in
dem außenseitigen Endabschnitt des Flügels 14 ein Stab aus
Hf-Metall (oder ein Stab aus einer Ag-In-Cd-Legierung) 24.
Außerdem befindet sich zwischen dem Hf-Metall-Stab 24 und
der Stirnseite der genannten Aufnahmelöcher 20 ein Blatt
oder ein Streifen 25 aus Zr.
Wie in den Fig. 4 bis 7 gezeigt ist, ist der Hf-Stab (oder
der Ag-In-Cd-Legierungs-Stab) 24 von einer Schicht bezie
hungsweise einem Blatt 25 umgeben, das aus Zr
besteht. Innerhalb der oben erwähnten Zone (E) befindet
sich in dem außenseitigen (umfangsseitigen) Endabschnitt
des Flügels 14 eine Stange aus einer Hf-Zr-Legierung (oder
eine Hf-Ti-Legierung) 26.
Die oben erwähnten Zonen (A) bis (D) sind großen Mengen von
Neutronen ausgesetzt. Insbesondere sind die Zonen (A) bis
(C) sehr stark den Neutronen ausgesetzt. Deshalb ist nicht
eine relativ kurzlebige Borverbindung (zum Beispiel B4C und
EuB6) eingeschlossen, sondern es ist ein Stab aus Hf-Metall
(oder einer Ag-In-Cd-Legierung) 23, der eine lange Neutro
nen-Absorptions-Lebensdauer besitzt, als langlebiger Neu
tronenabsorber eingeschlossen. Die Zone (D) ist einer rela
tiv starken Menge von Neutronen ausgesetzt. Es handelt sich
um eine Zone, in der die Neutronenabsorptionsfähigkeit ver
bessert werden muß. Deshalb muß in der Zone (D) die Borver
bindung derart eingesetzt werden, daß ein Gemisch 27 vor
liegt, das durch Mischen von Partikeln 27b aus Zr,
die wasserstoffabsorbierend sind, und von B4C-Mate
rial 27a gebildet ist, um Tritium (3T) zu absorbieren, wel
ches als Folge einer Reaktion zwischen Bor und Neutronen
erzeugt wird.
Die oben erwähnte Zone (A) besitzt die Funktion eines
Gasplenums, welches als Abschnitt zum Absorbieren von (3T)
und (H) dient. Vorzugsweise ist die axiale Länge der Zone
(A) auf eine Länge (von 1 bis 3 cm) beschränkt, die der
Länge von einem bis drei Aufnahmelöchern 20 äquivalent ist.
Ein typisches Beispiel für diese Ausführungsform des Steu
erstabs sieht vor, daß die Dicke des Flügels 14 etwa 8 mm,
der Durchmesser jedes Aufnahmelochs 20 etwa 6 mm und der
Abstand zwischen den Mittelachsen zweier Aufnahmelöcher 20
etwa 8 mm beträgt. Gemäß diesem Beispiel beträgt die benö
tigte Länge für ein Loch etwa 3 mm (bis 1 cm) in Längsrich
tung des Flügels 14, während die Länge für drei Löcher 28
mm (= 3×8+2×2) bis 3 cm beträgt.
In der oben erläuterten Zone (B) erfolgt hauptsächlich die
Absorption von 3T und H. In dem Fall, daß Partikel 22 aus
Zr eingeschlossen sind, sollte die Länge
(Anzahl) für die Löcher in Längsrichtung des Flügels inner
halb des Abschnitts, der die Summe der Zonen (A) und (B)
ist, auf weniger als 2 bis 3 cm (etwa 2 bis 3 Löcher) be
schränkt werden, um eine Beeinträchtigung des Reaktivitäts
werts des Steuerstabs zu verhindern. Wenn man davon aus
geht, daß die Zone (A) ein Loch und die Zone (B) zwei Lö
cher enthält, so befinden sich in den Zonen (A) + (B) drei
Löcher, woraus sich eine Länge von etwa 3 cm ergibt, ähn
lich wie bei dem oben beschriebenen Aufbau. In jedem Fall
sind die Zonen (A) und (B) nicht mit dem Neutronenabsorber
gefüllt, während der Reaktivitätswert beeinträchtigt wird,
wenn die Zonen (A) und (B) zu lang sind.
Die Zone (C) ist ein Abschnitt, in welchem Mittel zum Ver
hindern eines Schwellens oder Ausbeulens des langlebigen
Neutronenabsorbers derart vorgesehen sind, daß das rohrför
mige Element 21 aus Zr 3T und H ebenso ab
sorbiert wie es die Erzeugung von Spannungen aufgrund der
Schwellung des langlebigen Neutronenabsorbers aufnimmt. Das
als Wasserstoffabsorber dienende Zr ist ein
weiches Material mit hervorragenden wasserstoffabsorbieren
den Eigenschaften. Notwendigerweise wird zwischen dem Auf
nahmeloch 20 und dem aus Zr bestehenden
rohrförmigen Element 21 ein Spalt gebildet, und dieser
Spalt dient als Ausbeulungs-Absorptionsraum.
Weiterhin ist die Struktur derart aufgebaut, daß die mit
B4C-Material 27a gemischten Zr-Partikeln 27b sowohl 3T als
auch H innerhalb der Zone (D) absorbieren, um ein Eindif
fundieren in andere Bereiche zu verhindern. Da die oben er
läuterte Zone (E) Neutronen nur in sehr geringem Maße aus
gesetzt ist, ist hier das Verhältnis der Entstehung von 3T
niedrig, und außerdem ist die Radiolysegeschwindigkeit
niedrig. Daher bedarf es in dieser Zone keiner speziellen
Einrichtungen.
Die Länge der Zonen (A) bis (D) des Steuerstabs des Typs,
der während des Betriebs eingeschoben wird, ist üblicher
weise so gewählt, daß sie 1/4 bis 3/4 der Gesamtlänge L des
Reaktorkerns, speziell etwa 1/2×L des Reaktorkerns ent
spricht. Dies schwankt jedoch in Abhängigkeit davon, wie
der Steuerstab eingesetzt wird. Wenn der Steuerstab bei
spielsweise während des Betriebs vollständig herausgezogen
wird, so kann es geeignet erscheinen, die Gesamtlänge (A)
bis (D) kürzer als 1/4×L, zum Beispiel 30 cm oder kürzer zu
machen.
Im folgenden soll etwas zu den Gründen gesagt werden, aus
denen der angegebene Bereich (1/4 bis 3/4 der Gesamtlänge L
des Reaktorkerns) gewählt wird. Ermittelt man die momentane
und die mittlere Verteilung der Neutronenbelastung in dem
Steuerstab des Typs, der während des Betriebs eingeschoben
wird, so ist in einem Längenbereich von etwa 1/2 der Ge
samtlänge L, gemessen vom vorderen Einsetzende des Steuer
stabs 10, die Exposition auf dem gleichen Niveau und hoch.
Der Betrag der Neutronenexposition steigt in der Zone von
etwa 15 cm (in einem Bereich von etwa 35 cm oder weniger)
hinter dem vorderen Einsetzende an. Eine besonders hohe Ex
position ergibt sich in einer Zone von etwa 5 cm im vorde
ren Endabschnitt.
Andererseits reduziert sich die Stärke der Neutronenexposi
tion an einer Stelle von etwa 1/2×L hinter dem vorderen
Einsetzende des Steuerstabs 10 in Richtung auf das hintere
Einsetzende. In einer Zone von 1/4×L vom hinteren Einset
zende in Richtung auf das vordere Einsetzende reduziert
sich das Maß der Neutronenexposition beträchtlich. Der
Steuerstab wird abhängig davon, wie er benutzt wird, geän
dert, und der oben angegebene Wert 1/2×L wird in einem Be
reich zwischen 1/4 und 3/4×L geändert.
In dem oben beschriebenen Bereich von (A) bis (D) wirken
das Blatt (der Streifen) 25 aus Zr, angeord
net an der Außenfläche des Aufnahmelochs 20, und das
Zr-Material, welches den äußeren Hf-Metall-Stab
(oder den Stab aus der Ag-In-Cd-Legierung) 24 umgibt, ähn
lich auf das in der Zone (C) angeordnete rohrförmige Ele
ment 21, das aus reinem Zr besteht. Die Gesamtlänge der
Zone (A) bis (C) beträgt etwa 15 bis 35 cm. Ist die Zone
länger als die angegebene Länge, so ist dies im Hinblick
auf das Gewicht des Steuerstabs nicht zu empfehlen, da das
Gewicht ansteigt und der Reaktivitätswert beeinträchtigt
werden kann.
Fig. 9 und 10 zeigen eine zweite Ausführungsform eines
Steuerstabs 10a für einen Kernreaktor gemäß der Erfindung.
In den Fig. 9 und 10 sind gleiche und ähnliche Elemente wie
in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel mit
entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Gemäß Fig. 9 wird ein Bereich am vorderen Einsetzende mit
dem Symbol (a) bezeichnet. Dieser Bereich wird gebildet,
indem durch Schweißen einstückig ein Metall, dessen Haupt
komponente Hf (zum Beispiel ein Hf-Metall mit 2 bis 3 Ge
wichtsprozent Zr) ist, mit einer Hf-Zr-Legierung oder einem
Teil aus einer Hf-Ti-Legierung zusammengefügt wird, welches
die Aufnahmelöcher 20 enthält. Die Länge dieses Bereichs
ist auf etwa 3 bis 35 cm eingestellt und beträgt zweckmäßi
gerweise 10 bis 15 cm. Da dieser Bereich großen Neutronen
mengen ausgesetzt ist, wird hierfür Hafnium, welches ein
langlebiger Neutronenabsorber ist, eingesetzt (etwa 100%,
in der Praxis etwa 97%).
Ein Bereich (b) ist ähnlich aufgebaut wie der im Quer
schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 2 dargestellte Be
reich. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Aufnahmelöcher
etwa 2 oder weniger.
In einem Bereich (c) ist das rohrförmige Element 21 aus Zr
oder reinem Zr in das Aufnahmeloch 20 eingesetzt. Außerdem
sind hier in das Aufnahmeloch der Hf-Metall-Stab (oder der
Stab aus der Ag-In-Cd-Legierung) 23, dessen Durchmesser re
duziert und dessen Länge verringert ist, und Partikel 22
aus Zr, die Wasserstoffabsorber sind, ab
wechselnd eingesetzt. Das rohrförmige Element 21 aus Zr
bildet zusammen mit dem Aufnahmeloch 20
einen kleinen Spalt, und dieser kleine Spalt dient als
Raum, von welchem Ausbeulungen aufgenommen werden. Weiter
hin dient das rohrförmige Element 21 zum Absorbieren von
Schwellungen des Hf-Metall-Stabs (oder des Stabs aus Ag-In-
Cd-Legierung) 23, es dient als Wasserstoffänger zum Auffan
gen 3T und H, und es bildet einen Raum zum Absorbieren ei
ner längsgerichteten Anschwellung des Hf-Metall-Stabs (oder
des Stabs aus Ag-In-Cd-Legierung) 23.
Die Gesamtlänge der Zonen (b) und (c) beträgt für gewöhn
lich etwa 15 cm. Vorzuziehen ist es, daß der Bereich (c)
etwa zwei oder drei Aufnahmelöcher 20 besitzt, die in den
Bereich hineingebohrt sind. Wenn jedoch das Material für
den Flügel, in welchem die Löcher 20 ausgebildet sind, den
Neutronenabsorber Hf enthält, so kann die Zone fortgelassen
werden. In der Zone (d) ist in die Aufnahmelöcher 20 das
aus Zr bestehende rohrförmige Element 21
eingesetzt. Außerdem ist in dieses rohrförmige Element ein
Gemisch aus der Borverbindung und dem Wasserstoffabsorber,
hergestellt aus Partikeln aus Zr, einge
schlossen. Das rohrförmige Element 21 aus Zr
bildet den Schwellungsraum im Aufnahmeloch 20. Weiterhin
dient der rohrförmige Körper als Wasserstoffänger zum Ein
fangen von 3T und H, und er bildet eine Zone zum Absorbie
ren (Entspannen oder Entlasten) des Anschwellens von Bor.
Die Partikel aus Zr dienen hauptsächlich als
Wasserstoffänger zum Einfangen von 3T und H. Ein Bereich
(e) ist ähnlich wie der Bereich ausgebildet, der im Quer
schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2 dargestellt ist.
Obschon die in den Fig. 2 und 9 dargestellten Strukturen
der beschriebenen Ausführungsbeispiele jeweils für sich be
stimmte Struktur-Elemente aufweisen, so kann der Steuerstab
tatsächlich komplexer ausgebildet sein, indem die oben er
läuterten Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert wer
den. Nach Wunsch können selbstverständlich Vereinfachungen
vorgenommen werden. Zum Beispiel können die Abschnitte, die
als Querschnittdarstellungen entlang den Linien II-II und
III-III in Fig. 2 dargestellt sind, ersetzt werden durch
einen Abschnitt entsprechend dem Querschnitt IV-IV. Außer
dem können die Zonen (c) und (d) in Fig. 9 ersetzt werden
durch Strukturen, wie sie später in Verbindung mit den Fig.
11(B) bis 11(E) und 11(G) beschrieben werden.
Fig. 11(A) bis 11(I) zeigen Strukturen für die Aufnahme
lochabschnitte des Steuerstabs gemäß der Erfindung. Gemäß
Fig. 11(A) ist der Neutronenabsorber, der aus der Borver
bindung (B4C und EuB6) 27 besteht, in dem aus Zr
bestehenden rohrförmigen Element (der Hülse) 21 ein
geschlossen. Am äußeren seitlichen Endabschnitt des Flügels
befindet sich der Hf-Metall-Stab (oder der Stab aus der Ag-
In-Cd-Legierung) 23. Weiterhin befindet sich das Blatt (der
Streifen) 25 aus Zr in dem Abschnitt hinter dem Aufnahme
loch 20.
Wie aus Fig. 11(B) hervorgeht, ist der Durchmesser des ein
gesetzten Hf-Metall-Stabs (oder des Stabs aus der Ag-In-Cd-
Legierung) 23 verkleinert, um den Schwell-Freiraum beizube
halten. Die Hf-Metall-Stange 23 am äußeren Endabschnitt des
Flügels ist umgeben von dem rohrförmigen Element 21 aus Zr
und dem aus Zr bestehenden
Blatt 25. Gemäß Fig. 11(C) ist der Durchmesser des Hf-Me
tall-Stabs (oder des Stabs aus der Ag-In-Cd-Legierung) 23
verkleinert. Außerdem sind mehrere Vorsprünge 23a in Um
fangsrichtung des Hf-Metall-Stabs 23 ausgebildet, die eine
einfache Verformung bei einer Ausbeulung zulassen. Gemäß
Fig. 11(D) ist der Hf-Metall-Stab (oder Stab Ag-In-Cd) 23
dadurch gebildet, daß um einen Bolzen herum ein Vorsprung
23b ausgebildet sind, so daß Quetschabschnitte gebildet
sind.
Gemäß Fig. 11(E) ist die Länge des einzusetzenden Hf-Me
tall-Stabs (oder des Stabs aus Ag-In-Cd-Legierung) kürzer
als die Tiefe des Aufnahmelochs 20, so daß in den durch die
Verkürzung der genannten Länge geschaffenen Raum Partikel
22 aus reinem Zr als Wasserstoffabsorber eingefüllt werden.
Gemäß Fig. 11(F) ist der Hf-Metall-Stab (oder der Stab aus
Ag-In-Cd) 23 in mehrere kurze Stücke (Elemente) unterteilt,
so daß zwischen diese kurzen Stücke Partikel 22 aus Zr
eingefüllt werden.
Gemäß Fig. 11(G) ist der einzusetzende Hf-Metall-Stab (oder
der Stab aus Ag-In-Cd) 23 vertikal in Längsrichtung unter
teilt. Die Abschnitte zwischen den vertikal unterteilten
Sektionen besitzen Vorsprünge, die durch Anschwellen zer
drückt werden können, oder es sind Streifen aus reinem Zr
in die vertikal unterteilten Abschnitte eingebracht. Die
erstgenannte Struktur wird eingesetzt, um Schwellungen ab
zufangen, während die letztgenannte Struktur einerseits
Schwellungen aufzunehmen vermag und darüberhinaus anderer
seits aber auch als Wasserstoffänger dient, und zwar wegen
der dazwischenliegenden Streifen 25 aus reinem Zr, welches
eine geringe Härte besitzt (weich ist).
Gemäß Fig. 11(H) ist in dem Aufnahmeloch 20 die Borverbin
dung 27, zum Beispiel B4C-Partikel 27a, die mit Partikeln
27b aus Zr gemischt sind, eingeschlossen. In
dem äußeren Endabschnitt des Flügels 14 befinden sich
außerdem Hf-Partikel (Korn) 28. Die Hf-Partikel 28, die
sich im äußeren Abschnitt des Flügels 24 befinden, besitzen
die Funktion eines langlebigen Neutronenabsorbers und die
Funktion eines Wasserstoffängers. Da B4C im Vergleich zu Zr
Zr beschränkte wasserstoffabsorbierende Eigen
schaften besitzt, wird die Partikelgröße geringer gewählt,
das heißt im Vergleich zu den Partikeln 22 aus Zr
wird zur Vergrößerung der Oberfläche Pulver (kleine
Partikel) verwendet. Gemäß Fig. 11(I) sind Hf Partikel 28
in dem Abschnitt neben dem Endabschnitt des Aufnahmelochs
20 eingeschlossen. Weiterhin ist in dem Aufnahmeloch 20 die
Borverbindung 27 eingeschlossen. Darüberhinaus befindet
sich zwischen der Stirnfläche des Aufnahmelochs 20 und der
von Zr umgebenen Hf-Metall-Stange 24 am
äußeren seitlichen Endabschnitt des Flügels 14 eine Zr-
Kette. In diesem Fall besitzen die Hf-Partikel 28 die Funk
tion des Wasserstoffänger, um als Wasserstoffabsorber zu
dienen, außerdem die Funktion des langlebigen Neutronenab
sorbers.
Wenn auf der Oberfläche des Hf-Metall-Stabs 23, der in das
Aufnahmeloch 20 einzusetzen ist, ein Oxid gebildet ist,
läßt sich die Wasserstoffabsorption des Hf-Metall-Stabs 23
begrenzen. Hierdurch läßt sich das Schwellen weiter ein
grenzen. Der Begriff "weiteres Eingrenzen des Schwellens"
bedeutet, daß eine zusätzliche Schwellung aufgrund von Was
serstoffabsorption praktisch verhindert wird, weil die
Schwellung in der Weise stattgefunden hat, daß die Hf-Me
tall-Stange 23, in der das Schwellen wegen der Oxidation
stattgefunden hat, unter Beibehaltung eines gewissen Spalts
in das Aufnahmeloch 20 eingesetzt worden ist.
Befindet sich auf der Innenseite des Aufnahmelochs 20 eine
Oxidschicht, so verhindert die so gebildete Oxidschicht die
Erzeugung einer Schwellung von der Innenseite des Aufnahme
lochs 20 her, die aus Hf, Hf-Zr oder einer Hf-Ti-Legierung
besteht und den Flügel 24 bildet.
Fig. 12 und 13 zeigen einen Zustand, in welchem der ausge
wählte Neutronenabsorber oder ein Wasserstoffänger in dem
Aufnahmeloch 20 durch hermetisches Zuschweißen eingeschlos
sen ist. Das hohle rohrförmige Element 21 aus Zr
wird in das Aufnahmeloch 20 eingesetzt, das hohle
rohrförmige Element 21 wird mit dem aus B4C-Pulver gebilde
ten Neutronenabsorber 27 gefüllt, und weiterhin wird die
von dem Blatt 25 aus Zr umgebene Hf-Metall-
Stange 24 in die Nähe des außenseitigen Endabschnitts des
Flügels gebracht. Da das den Flügel 14 bildende, aus einer
Hf-Legierung bestehende Teil, das heißt das Hf-Zr-(oder das
Hf-Ti-)Teil eine Form, mit einer Endöffnung aufweist, wird
dieser Abschnitt nach innen gebogen, um den äußeren Endab
schnitt durch Schweißen zu verschließen, wie es in Fig. 13
dargestellt ist. Da die Hf-Legierung, die den Flügel bil
det, und das Zr miteinander eine Legie
rung bilden, geht ein Teil des Blatts 25 aus Zr,
welches das Hf bei dem Schweißvorgang umgibt, in
Schmelze und geht in den Schweißbereich über. Dabei entste
hen keinerlei Probleme, da es sich bei der oben angegebenen
Legierung um eine extrem sichere Legierung handelt.
Während des Schweißvorgangs kann ähnlich wie bei der her
kömmlichen Ausgestaltung gemäß den Fig. 35 und 36 ein Teil
aus einer Hf-Legierung, welches ähnlich wie die Flügel
struktur aufgebaut ist, an der Rückseite oder Innenseite
des Schweißbereichs angeordnet werden.
Fig. 14 und 15 zeigen eine dritte Ausführungsform eines er
findungsgemäßen Steuerstabs. Gleiche und ähnliche Elemente
sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Obschon diese Ausführungsform im Grunde genommen ähnlich
oder in gleicher Weise ausgebildet ist wie die erste und
die zweite Ausführungsform, ist in den Frontabschnitt l3 am
Einschubende des Steuerstabs der Hf-Metall-Stab 23 einge
setzt, auf den sich ein Teil der obigen Ausführungsformen
bezieht. In einer Zone der Länge L4 (etwa 1/4 bis 1/2 der
Gesamtlänge L des wirksamen Abschnitts) von dem erwähnten
Frontabschnitt in Richtung auf das hintere Einschubende des
Steuerblatts ist das Aufnahmeloch 20 als Langloch ausgebil
det, so daß es ein größeres Fassungsvermögen für den Neu
tronenabsorber aufweist, der aus der Borverbindung 27a, zum
Beispiel B4C, besteht. Weiterhin sind Partikel 27b aus rei
nem Zr beigemischt, die als Wasserstoffänger (Wasser
stoffabsorber) dienen. Der Reaktivitätswert läßt sich in
diesem Fall verbessern, da eine größere Menge Bor einge
schlossen ist. Da das Verhältnis der Erzeugung von 3T in
dem Abschnitt l2 vergleichsweise klein ist, und dort auch
keine Notwendigkeit besteht, den Reaktivitätswert besonders
zu verbessern, werden kreisförmige Löcher gewählt, in denen
der Neutronenabsorber, zum Beispiel B4C eingeschlossen ist.
Fig. 16 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Steuerstabs
10C für einen Kernreaktor, wobei gleiche und ähnliche Ele
meinte mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Der Steuerstab nach dieser Ausführungsform ist derart aus
gebildet, daß der Frontabschnitt l1 (etwa 1/4 bis 1/2×L)
des Einschubs derart strukturiert ist, daß die Aufnahmelö
cher in einer Platte aus einer Hf-Zr- oder Hf-Ti-Legierung
gebildet sind und der Endabschnitt l2 des Einschubes so
strukturiert ist, daß sich zwei Hf-Platten gegenüberliegen
und zwischen sich eine Lücke bilden. In dem Abschnitt zwi
schen den beiden Hf-Platten ist Wasser eingeschlossen, wel
ches als Neutronenmoderator dient und die Kühlung über
nimmt. Das Verhindern der Absorption von 3T und H von der
Innenseite des Aufnahmelochs her erfolgt ähnlich wie bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Fig. 17 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Steuerstabs
10D für einen Kernreaktor, wobei gleiche und ähnliche Teile
mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.
Der Steuerstab 10D nach dieser Ausführungsform ist so aus
gebildet, daß der Flügel 2 dadurch gebildet wird, daß der
Neutronenabsorber als U-förmiger Mantel ausgebildet ist. In
der Zone l1 (etwa 1/4 bis 1/2×L) im vorderen Einschubab
schnitt des Steuerstabs sind die Aufnahmelöcher in der Hf-
Metall-Platte, der Platte aus Hf-Zr- oder Hf-Ti-Legierung
einer üblichen Zusammensetzung, die 2 bis 3 Gewichtsprozent
Zr enthält, ausgebildet. Außerdem ist der Neutronenabsorber
eingeschlossen. Der Endabschnitt 12 des Einschubs ist der
art ausgebildet, daß herkömmliche Neutronenabsorber-Stäbe
in einem Rohr aus rostfreiem Stahl untergebracht sind, wo
bei die Absorber-Stäbe zum Beispiel aus struktieriertem B4C-
Pulver bestehen. Wenn der U-förmige Mantel aus einer Hf-Zr-
oder Hf-Ti-Legierung besteht, so läßt sich seine Reaktivi
tät verbessern und seine Lebensdauer verlängern. Der Mantel
kann aus rostfreiem Stahl dann bestehen, wenn die oben ge
nannten Erfordernisse nicht bestehen. Das Neutronenabsor
ber-Element, welches in den Abschnitt l1 einzusetzen ist,
ist unterteilt in einen Abschnitt l11 und einen Abschnitt
l12. Wenn die Dichte des Hf im Abschnitt l11 groß gewählt
wird, so wird dadurch wirksam die Reaktivität verbessert
und die Lebensdauer verlängert. Da allerdings das Gewicht
des Steuerstabs in unerwünschter Weise ansteigt, ist die
Dichte des Hf in dem Abschnitt l12 verringert, um auf diese
Weise zu einer Gewichtsverringerung und geringeren Gesamt
kosten zu kommen.
Der Abschnitt l3 hat die Aufgabe, eine lokale Expansion des
Neutronenflusses aufgrund einer Reduktion der Menge des
Neutronenabsorbers in dem Grenzbereich zu beschränken.
Folglich wird dort Hf-Metall vorgesehen.
Da der Steuerstab für einen Kernreaktor gemäß dieser Aus
führungsform so ausgebildet ist, daß ein Gemisch eines Ma
terials, welches Bor und mindestens entweder Partikel aus
Zr oder Hafnium-Partikel enthält, in dem
Aufnahmeloch eingeschlossen ist, können Wasserstoff und
Tritium absorbiert werden, wobei die Wasserstoffabsorption
an der Innenfläche des Aufnahmelochs verhindert werden
kann.
Da außerdem die durch das Blatt aus Zirkon
umgebende Borverbindung in dem Aufnahmeloch des Flügels
eingeschlossen ist, lassen sich Schwellungen, die durch die
Neutronenreaktion der Borverbindung entstehen, absorbieren,
und außerdem können Wasserstoff und Tritium absorbiert wer
den. Demzufolge kann man die Erzeugung von Spannungen in
den Aufnahmelöchern ebenso wie eine Wasserstoffabsorption
verhindern.
Da außerdem ein Hafnium-Element oder ein Element aus einer
Ag-In-Cd-Legierung in Längsrichtung unterteilt ist,
um den Streifen aus Zr zwischen zwei sich
gegenüberstehenden Seiten zu halten, dient der Zirkonstrei
fen als Entlastungsbereich für Spannungen, die durch das
Anschwellen auf das Aufnahmeloch einwirken, wobei die Ent
lastung durch die geringe Härte des aus reinem Zirkon be
stehenden Streifens erfolgt. Da weiterhin hervorragende
wasserstoffabsorbierende Eigenschaften gegeben sind, kann
man Wasserstoff absorbieren, wenn vor anderen Materialien
Wasserstoff existiert. Die Wasserstoffabsorption in die In
nenseite des Aufnahmelochs, in das Hf-Metall und die Ag-In-
Cd-Legierung läßt sich ebenso vermeiden wie das Anschwel
len, soweit dieses durch eine Wasserstoffabsorption verur
sacht ist. Die Entstehung von Spannungen, die auf das Auf
nahmeloch einwirken, läßt sich vermeiden.
Weiterhin ist der Steuerstab für einen Kernreaktor gemäß
dieser Ausführungsform derart ausgestaltet, daß ein rohr
förmiges Element aus Zirkon mit zufrie
denstellenden Wasserstoffabsorptions-Eigenschaften in min
destens einen Teil der Aufnahmelöcher innerhalb einer Zone
eingesetzt ist, die mindestens 3 cm lang ist und von dem
vorderen Einschubabschnitt einen Abstand von 35 cm oder we
niger hat. Da der Abschnitt im inneren und außerhalb des
rohrförmigen Elements nicht hermetisch geschlossene Gestalt
hat, kann er als Gasplenum dienen. Die Wasserstoffabsorp
tion des Hafniums und der Ag-In-Cd-Legierung läßt sich ver
meiden. Außerdem läßt sich die Erzeugung von Spannungen
vermeiden, die durch das Anschwellen hervorgerufen werden,
und ferner kann man den Anstieg des Gasdrucks in dem Steu
erstab begrenzen. Man erhält also insgesamt einen dauerhaft
zufriedenstellenden und intakten Steuerstab.
Im folgenden soll eine sechste Ausführungsform eines Steu
erstabs eines Kernreaktors beschrieben werden.
Ein Steuerstab 30 für einen Kernreaktor ist gemäß Fig. 18
ein Steuerstab herkömmlichen Typs. Der Steuerstab 30 be
sitzt vier Flügel 31, die verbesserte Neutronenabsorber-
Stäbe 32 aufnehmen.
Jeder der Flügel 31 enthält eine Mantelplatte 33 mit tiefem
U-förmigen Querschnitt, wobei die Mantelplatte jeweils mit
der Öffnungsseite der Platte 33 an einer zentralen Verbin
dungsstange 34 befestigt ist, die als zentrale Verbindungs
einrichtung dient, wodurch die Öffnungsenden der Flügel 31
so angeordnet sind, daß sie einen kreuzförmigen seitlichen
Querschnitt definieren. Mehrere Neutronenabsorber-Stäbe 32
sind in einer Reihe innerhalb der Mantelplatte 33 angeord
net, wobei die Neutronenabsorber-Stäbe als Neutronenabsor
ber-Einrichtung dienen. Es sind weiterhin ein oberes Struk
tur-Element 35, ein unteres Struktur-Element 36, eine Hand
habe 37, ein Geschwindigkeitsbegrenzer 38 und eine Kup
plungsbuchse 39 vorhanden.
Wie in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist, besitzt der Neutro
nenabsorber-Stab 32 ein langgestrecktes Mantel- oder Deck
rohr 40, welches als Giftrohr dient, wobei das Deckrohr 40
Neutronenabsorberglieder und -material 41 beziehungsweise
42 aufnimmt. Die beiden Endabschnitte des Deckrohrs 40 sind
mittels Stopfen 43 verschlossen. Obschon das Deckrohr 40
normalerweise aus rostfreiem Stahl besteht, kann es auch
aus Hf-Metall, einer Hf-Legierung mit Hf und Zr als Haupt
komponenten oder einer anderen Hf-Legierung mit Hf und Ti
als Hauptkomponenten bestehen.
Der Neutronenabsorber-Stab 32 ist grob in drei Abschnitte
Y und Z unterteilt. Der Abschnitt X ist ein Bereich, der
in sehr starkem Maße Neutronen ausgesetzt ist, wenn er in
dem Steuerstab 30 aufgenommen ist. Deshalb befindet sich in
dem Abschnitt X ein langlebiges Neutronenabsorber-Element
41 aus Hf-Metall, einer Hf-Legierung, die sich aus Hf und
Zr oder Ti zusammensetzt, oder einer Ag-In-Cd-Legierung.
Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser des langle
bigen Neutronenabsorber-Elements 41 um einen gewissen Be
trag kleiner als der Innendurchmesser des Deckrohres 40 als
nicht abgedichtetes Innenrohr. Weiterhin ist um das langle
bige Neutronenabsorber-Element 41 herum eine dünne Hülse 44
aus reinem Zr, Hf, Ti oder rostfreiem Stahl gebildet und in
das Deckrohr 40 eingesetzt. In den Abschnitten Y und Z be
findet sich die Borverbindung 42 in Pulverform, welche als
Neutronenabsorberelement dient. Da der Abschnitt Y einem re
lativ starken Neutronenfluß ausgesetzt ist, sind der Bor
verbindung 42 Partikel aus reinem Zr und/oder Hf-Pulver 45
als Wasserstoffänger (Wasserstoffabsorber) beigemischt. Da
der Abschnitt Z nur einer geringeren Menge Neutronen ausge
setzt ist und deshalb das Verhältnis der Erzeugung von Tri
tium (3T) gering ist, ist dort der Wasserstoffänger fortge
lassen.
Obschon als Beispiel für die Borverbindung 42 B4C angegeben
ist, können auch EuB6 oder BN verwendet werden. Da die Bor
verbindung 42 einer Schwellung ausgesetzt ist, weil als Er
gebnis der Reaktion mit Neutronen He-Gas entsteht, muß die
Ladungsdichte der Borverbindung 42 bestimmt werden, nachdem
das Ausmaß der Schwellung, die durch die Neutronenbestrah
lung entstehen kann, abgeschätzt worden ist. Obschon die
Länge des Abschnitts X notfalls 3/4 der Gesamtlänge L aus
machen kann, wird der Abschnitt auf etwa 3 bis 5 cm einge
stellt, wenn eine kurze Länge erforderlich ist. Die Länge
muß abhängig davon bestimmt werden, wie der den Neutronen
absorber-Stab 32 enthaltende Steuerstab 30 eingesetzt wird.
Wird er während des Betriebs des Kernreaktors beträchtlich
in den Reaktorkern eingeschoben, so beträgt der Abschnitt
etwa 1/3 der Gesamtlänge L. Wird der Steuerstab 30 während
des Betriebs des Kernreaktors aus dem Reaktorkern herausge
zogen, so ist der Abschnitt etwa 15 cm lang. Obschon die
Länge des Abschnitts Z normalerweise etwa 1/4 bis 3/4 der
Gesamtlänge L betragen kann, können die Längen der Ab
schnitte (Y+Z) auf eine Länge eingestellt werden, die man
erhält, wenn man 15 cm von der Gesamtlänge subtrahiert.
Dies gilt für den Fall, daß der Steuerstab 30 bei dem Be
trieb vollständig herausgezogen wird. Außerdem kann die
Länge des Abschnitts Y auch null betragen.
In einem Abschnitt zwischen dem Stopfen 43 und dem langle
bigen Neutronenabsorber-Glied 41 befindet sich Metallwolle
46 aus Hf, Zr, rostfreiem Stahl oder Eisen. Außerdem befin
det sich zwischen dem Neutronenabsorber-Glied 41 und dem
Borverbindungsgemisch Y Metallwolle 47, die den Zweck hat,
zu verhindern, daß Gemisch des Borverbindungs-Pulvers in
den Bereich um das Neutronenabsorber-Glied 41 herum ge
langt. Die Metallwolle 47 kann die gleiche sein wie die Me
tallwolle 46, die sich zwischen dem Stopfen 43 und dem Neu
tronenabsorber-Glied 41 befindet. Vorzugsweise besteht
diese Wolle jedoch aus neutronenabsorbierendem Material,
beispielsweise handelt es sich um Hf-Wolle, falls die
Länge, mit der die Metallwolle 47 eingeschlossen ist, mehr
als 5 mm beträgt. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn
nicht-absorbierendes Material verwendet würde, der Neutro
nenfluß sich in den oben erwähnten Bereich ausbreitet und
bewirkt, daß die benachbarte Borverbindung lokal in sehr
starkem Maße Neutronen ausgesetzt ist. Als Folge davon
würde die Intaktheit des Neutronenabsorber-Elements beein
trächtigt. Andererseits wird die Länge der Schicht, in der
die Metallwolle 46 eingeschlossen ist, überlicherweise auf
bis zu 5 bis 10 mm gewählt.
Mit dem so aufgebauten Neutronenabsorber-Stab läßt sich
durch die Borverbindung erzeugtes Tritium durch die Zr-Par
tikel oder das Hf-Pulver, die beziehungsweise das der Bor
verbindung beigemischt ist, absorbiert werden, um auf diese
Weise zu verhindern, daß das Tritium in das langlebige Neu
tronenabsorber-Glied eindiffundiert. Da außerdem das Neu
tronenabsorber-Glied von der aus Zr, Hf oder Tr bestehenden
Hülse umgeben ist, die als Wasserstoffänger oder als Span
nungsabsorber dient, oder von einer Hülse aus rostfreiem
Stahl als Spannungs-Relaxer umgeben ist, läßt sich die Ent
stehung von Spannungen in dem Deckrohr aufgrund eines An
schwellens in zufriedenstellender Weise verhindern.
Fig. 24 bis 29 zeigen Modifizierungen des Abschnitts X nach
Fig. 20, wobei äquivalente Elemente wie in Fig. 20 mit ent
sprechenden Bezugszeichen versehen sind.
Bei der ersten Modifizierung nach Fig. 24 ist der Durchmes
ser des langlebigen Neutronenabsorberglieds 41 um einen ge
wissen Betrag kleiner als der Innendurchmesser des Deck
rohrs 40, um einen Spalt 40 zwischen dem Absorber-Element
41 und dem Deckrohr 40 zu erhalten. Außerdem wird ein un
erwünschtes loses Spiel, welches möglicherweise aufgrund
der Durchmesserverringerung des Absorberglieds entsteht,
dadurch verhindert, daß mehrere kleine Vorsprünge 51 in Ab
schnitten des Absorberglieds 41 ausgebildt sind. Als Ergeb
nis dieses Aufbaus lassen sich die Vorsprünge 51 leicht zu
sammendrücken, so daß die Erzeugung von Spannungen in dem
Deckrohr 40 auch dann verhindert werden kann, wenn das
langlebige Neutronenabsorberglied 41 Schwellungen verur
sacht.
Bei einer zweiten Modifizierung, die in Fig. 25 gezeigt
ist, sind die lokalen Vorsprünge 51 der ersten Modifizie
rung ersetzt durch gewinde- oder schraubenförmige Vor
sprünge 52 in der Oberfläche des Neutronenabsorberglieds
41. Bei dieser Modifizierung erhält man einen ähnlichen Ef
fekt wie bei der ersten Modifizierung.
Fig. 26 zeigt eine dritte Modifizierung, die derart be
schaffen ist, daß Dellen 53 ausgebildet sind, die den Zweck
haben, das Deckrohr 40 lokal nach innen vorstehen zu las
sen, um Berührung mit dem Neutronenabsorber-Glied 41 zu er
halten. Wenn das Neutronenabsorber-Glied 41 eine Schwellung
oder Ausbeulung erleidet, können die Dellen 53 sehr leicht
zurückgebildet werden. Dadurch kann keine große Spannung in
dem Deckrohr 40 erzeugt werden.
Fig. 27 zeigt eine vierte Modifizierung, bei der das
langlebige Neutronenabsorber-Glied 41 abschnittsweise in
eine Mehrzahl kurzer Stücke unterteilt ist.
Weiterhin sind Partikel aus Zr und/oder Hf-
Pulver 45 zwischen den so gebildeten Stücken angeordnet.
Bei dieser Modifizierung absorbieren die Partikel aus Zr
und/oder das Hf-Pulver 6 Wasserstoff und Tritium. Dadurch
läßt sich eine Schwellung in dem Neutronenabsorber-Element
41 praktisch verhindern. Obschon die Partikel aus Zr
und das Hf-Pulver 45 eine Schwellung hervorrufen,
so bleiben diese in derselben Lücke, da das Material einen
Zustand geringer Dichte einnimmt. Deshalb läßt sich die Er
zeugung großer Spannungen in dem Deckrohr 40 vermeiden.
Fig. 28 zeigt eine fünfte Modifizierung, bei der das
langlebige Neutronenabsorber-Glied 41 in Längsstücke längs
geteilt ist. Außerdem sind zwischen den Längsstücken lokal
kleine vorstehende Abschnitte 54 gebildet, die sich durch
Schwellungen leicht zusammendrücken lassen. Wenn Schwellun
gen stattfinden, so werden die kleinen vorstehenden Ab
schnitte 54 nacheinander zusammengedrückt, so daß hierdurch
die Erzeugung großer Spannungen in dem Deckrohr 40 durch
den genannten Effekt verhindert werden kann. Die Zeit, zu
der Spannung erzeugt wird, läßt sich also beträchtlich hin
auszögern.
Fig. 29 zeigt eine sechste Modifizierung, bei der das
langlebige Neutronenabsorber-Glied 41 ähnlich wie bei der
fünften Modifizierung längsgeteilt ist. Ferner befinden
sich Streifen 55 aus Zr in zumindest einem
Abschnitt des Spalts zwischen den Längsstücken. Da die
Streifen 56 aus Zr Wasserstoff absorbieren,
läßt sich die Erzeugung von Schwellungen in dem langlebigen
Neutronenabsorber-Glied 41 im wesentlichen verhindern. Ob
schon der Streifen 55 aus Zr einer Schwel
lung unterliegt, läßt sich die Erzeugung großer Spannungen
in dem Deckrohr 40 in zufriedenstellender Weise vermeiden,
weil das Material geringe Härte hat und der Spalt die
Schwellung absorbiert.
Obschon nicht dargestellt, sieht die Erfindung eine siebte
Modifizierung vor, bei der auf der Oberfläche des langlebi
gen Neutronenabsorber-Glieds 41 eine Oxidschicht gebildet
ist. Da in diesem Fall die Oxidschicht die Absorption von
Wasserstoff vermeidet, lassen sich Schwellungen des Neutro
nenabsorberglieds 41 vermeiden.
Eine achte und neunte Modifizierung sind Modifizierun
gen des Abschnitts Y in Fig. 20. Fig. 30 und 31 zeigen Ver
tikal-Schnittansichten dieser Modifizierungen.
Die achte Modifizierung gemäß Fig. 30 besteht darin, daß
die Borverbindung 42 in einem nicht abgedichteten Innenrohr
56 aus reinem Zr, Hf oder rostfreiem Stahl eingeschlossen
ist, welches seinerseits in dem Deckrohr 40 aufgenommen
ist. Wenn das Innenrohr 56 aus reinem Zr besteht, dient es
als Wasserstoffalle und als Spannungs-Relaxer ebenso wie
als Neutronenabsorber. Das Innenrohr 56 aus rostfreiem
Stahl dient einfach als Spannungsrelaxer zur Bildung von
Lücken, um so Schwellungen zu vermeiden, die durch He-Gas
der Borverbindung entstehen. Es ist daher in diesem Fall
vorzuziehen, daß ein Gemisch, welches durch Mischen reiner
Zr-Partikel (Korn) oder Hf-Pulver (Korn) besteht, als Was
serstoffänger mit der Borverbindung 42 in das Innenrohr 56
eingegeben wird. Hierdurch läßt sich verhindern, daß durch
die Vorverbindung 42 erzeugtes Tritium in das Neutronenab
sorber-Glied 41 des langlebigen Typs diffudiert.
Ein Steuerstab, wie er in Fig. 32 dargestellt ist, wurde in
jüngerer Zeit entwickelt und ist Gegenstand der JP-OS 2-
2 54 895 Fig. 33 ist eine vergrößerte Ansicht eines Aus
schnitts L in Fig. 32. Ein Neutronenabsorber-Element-Lade
abschnitt 58 hat einen kreisförmigen Querschnitt, während
der Außenbereich des Abschnitts etwa quadratische Form auf
weist, wobei die Form durch ein polsterndes Material in
Einheiten von 90° gebildet ist. Durch abwechselndes
Schweißen der Kissenabschnitte 59 (zur Bildung der
Schweißabschnitte 60) läßt sich der in Fig. 32 dargestellte
Steuerstab erhalten, dessen äußere Form im wesentlichen die
gleiche ist, wie sie in Fig. 19 dargestellt ist. Allerdings
gibt es einen bedeutenden Unterschied zwischen der Struktur
nach Fig. 32 und derjenigen nach Fig. 19. Der Unterschied
liegt darin, daß der Mantel 33 in der Struktur nach Fig. 32
weggelassen ist. Da die Dicke des Flügels 31 die gleiche
sein muß, um in dem gleichen Kernreaktor verwendet zu wer
den, lassen sich die Durchmesser des Neutronenabsorber-
Glied-Ladeabschnitts 58 um einen Betrag vergrößern, welcher
dem von der Struktur fortgelassenen Mantel 33 entspricht.
Deshalb läßt sich eine größere Anzahl von Neutronenabsor
bern einschließen. Dadurch läßt sich der Reaktivitätswert
des Steuerstabs des Kernreaktors verbessern und die Lebens
dauer verlängern.
Wie in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist, kann die Struktur
des Neutronenabsorber-Stabs 32 in ähnlicher Weise an einen
Neutronenabsorber-Stab, wie er in den Fig. 32 und 33 darge
stellt ist, angepaßt und zu einer etwa rechteckigen Form
gestaltet werden.
Der Erfinder hat die Struktur eines Innenrohrs zur Verwen
dung als Steuerstab gemäß der JP-OS 2-2983 untersucht. Ob
schon eine Struktur zum Verhindern der Beeinträchtigung des
Reaktivitätswerts durch Verwendung eines Neutronenabsorbers
in dem Stopfen für das Innenrohr in der JP-OS 2-2983 darge
stellt ist, ist die vorliegende Erfindung derart ausgestal
tet, daß die aus reinem Zr bestehende Hülse (Innenrohr) als
Wasserstoffänger eingesetzt wird. Obschon eine ähnliche
Struktur eines Innenrohrs in der JP-OS 2-13 888 offenbart
ist, ist dort das Konzept des Wasserstoffängers nicht ent
halten.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß der Neu
tronenabsorber-Stab derart ausgebildet ist, daß das Deck
rohr vor übermäßig großen Spannungen geschützt werden kann.
Hierdurch läßt sich die Intaktheit des langlebigen Neutro
nen Neutronenabsorber-Elements verbessern.
Obschon die Ausführungsformen des Neutronenabsorber-Stabs
gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Steuerstab aus
gelegt sind, der in einem Siedewasserreaktor verwendet
wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen spe
ziellen Anwendungsfall beschränkt. Die Erfindung kann auch
Anwendung finden bei einem Steuerstab zur Verwendung in ei
nem Druckwasserreaktor. Ferner kann die Struktur des Neutro
nenabsorber-Stabs angepaßt werden an einen Steuerstab zur
Verwendung in einem Leichtwasserreaktor, einem Schwerwas
serreaktor, einem Konverter-Reaktor oder einem schnellen
Brutreaktor.
Claims (19)
1. Kernreaktor-Steuerstab, umfassend:
mehrere plattenförmige Flügel (14), die miteinander über zentrale Verbindungsanordnungen
derart verbunden sind, daß sie einen kreuzförmigen Querschnitt bilden, und
die mehrere Aufnahmelöcher für Neutronenabsorbermaterial enthalten, die jeweils in
Breitenrichtung jedes Flügels verlaufen und über die Länge des Flügels verteilt angeordnet
sind, wobei die Flügel (14) aus Hafnium-Metall, einer Hafnium-Legierung, die sich aus
Hafnium und Zirkon oder aus Hafnium und Titan zusammensetzt, oder aus einer Legierung
mit Zirkon oder Titan als Hauptkomponente bestehen, das Neutronenabsorbermaterial
(23) in dem in Einschubrichtung vorne gelegenen Teilbereich aus Hafnium, einem Metall
mit einer Hauptkomponente aus Hafnium oder einer Silber-Indium-Kadmium-Legierung
hergestellt ist, und in den restlichen Aufnahmelöchern (20) ein Bor enthaltender Neutronenabsorber
aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in denjenigen Bor
enthaltenden Neutronenabsorber (27a) aufnehmenden Aufnahmelöcher (20), die in einem
Bereich hinter dem vorderen Einschubabschnitt liegen, der bis zu 1/4 der Höhe L eines
effektiven Kernabschnitts des Kernreaktors liegt, ein Gemisch (27) aus einem Material
(27a) enthalten ist, welches Bor und mindestens einen Wasserstoffabsorber aus Zirkon-Partikeln
und/oder Hafniumpulver enthält.
2. Steuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in
dem Flügel (14) gebildeten und in einem Bereich von dem vorderen Einschubabschnitt, der
einer großen Neutronenmenge ausgesetzt ist, bis zu 1/4×L angeordneten, und mit einem
Bor enthaltenen Material gefüllten Aufnahmelöcher (20) von einem Zirkonblatt (21) umgeben
sind.
3. Steuerstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufnahmelöcher (20), die in dem Flügel (14) in dem in Einschubrichtung vorne gelegenen
Teilbereich vorhanden sind, mit dem Neutronenabsorber (23) gefüllt und
von einem Zirkonblatt (31) umgeben sind.
4. Steuerstab nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das in die Aufnahmelöcher (20), die in dem in Einschubrichtung vorne gelegenen
Teilbereich vorhanden sind, einzusetzende langlebige Neutronenabsorber (23) eine
gewinde- oder schraubenförmige Gestalt hat und Vorsprünge (23a, 23b) sowie Vertiefungen
an der Außenoberfläche aufweist.
5. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge des in jedes der Aufnahmelöcher (20), die in dem in Einschubrichtung
vorne gelegenen Teilbereich vorhanden sind, einzusetzenden Neutronenabsorbermaterial
(23) innerhalb des Flügels (14) kürzer ist als die Tiefe des Aufnahmelochs
(29), und mindestens ein Wasserstoffabsorber (22) aus mindestens entweder Zirkon-Partikeln
oder Hafnium-Pulver in einem Raum des Aufnahmelochs (20) eingeschlossen ist,
dessen Bereich der verkürzten Länge entspricht.
6. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das in jedes der in dem Flügel (14) ausgebildeten Aufnahmelöcher (20), die in
dem in Einschubrichtung vorne gelegenen Teilbereich vorhanden sind, einzusetzende
Neutronenabsorber (23) in mehrere kurze Neutronenabsorber-Elemente unterteilt
ist, in mindestens einem Abschnitt zwischen den Neutronenabsorber-Elementen eine Lücke
gebildet ist und mindestens ein Wasserstoffabsorber (22) in die Lücken eingefüllt ist,
welcher zumindest aus entweder Zirkon-Partikeln oder Hafnium-Pulver besteht.
7. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das in jedes der in dem Flügel (14) ausgebildeten Aufnahmelöcher (20), die in
dem in Einschubrichtung vorne gelegenen Teilbereich vorhanden sind, einzusetzende,
Neutronenabsorber (23) in mehrere Stücke längsgeteilt sind, die parallel zur
axialen Richtung des Aufnahmelochs verlaufen, wobei Vorsprünge zur Erzeugung von
Lücken beziehungsweise Spalten zwischen den Stücken ausgebildet sind.
8. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das in jedes der in dem Flügel (14) ausgebildeten Aufnahmelöcher (20), die in
dem in Einschubrichtung vorne gelegenen Teilbereich vorhanden sind, einzusetzende
Neutronenabsorbermaterial (23) in mehrere Stücke parallel zur Axialrichtung des Aufnahmelochs
(20) längsgeteilt ist, wobei zwischen den Stücken ein Zirkonstreifen liegt.
9. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der dem auf der Oberfläche des Neutronenabsorbermaterials (23), der in jedes der Aufnahmelöcher
(20), die in dem in Einschubrichtung vorne gelegenen Teilbereich vorhanden
sind, einzusetzen ist, eine Oxidschicht gebildet ist.
10. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Innenseite der Aufnahmelöcher (20), in denen der Bor enthaltende
Neutronenabsorber (27a) eingeschlossen ist, eine Oxidschicht ausgebildet ist.
11. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
Anspruch 1, daß mindestens ein aus mindestens entweder Zirkon-Partikeln oder Hafnium-
Pulver zusammengesetzter Wasserstoffabsorber (22) in mindestens einem Aufnahmeloch
(20) eines Bereichs eingeschlossen ist, der 3 cm oder mehr und 35 cm oder weniger
von dem vorderen Einschubende des Flügels (14) entfernt ist (Fig. 5).
12. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß ein rohrförmiges Zirkon-Element (21) zur Bildung eines Glasplenums
in mindestens ein Aufnahmeloch (20) derjenigen Aufnahmelöcher eingesetzt ist, die in
einem Bereich von 3 cm oder mehr und 35 cm oder weniger hinter dem vorderen Einschubende
des Flügels (14) liegen.
13. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Hafnium-Metall, einem Metall mit der Hauptkomponente Hafnium
oder einer Ag-In-Cd-Legierung bestehender Neutronenabsorber-Stab (24), der sich
in Längsrichtung des Flügels (14) erstreckt, in dem äußeren Bereich jedes der Aufnahmelöcher
(20) angeordnet ist, die sich in einem Bereich von mindestens 1/4×L hinter dem
vorderen Einschubende des Flügels (14) aus erstrecken, wobei der Hauptabschnitt des Neutronenabsorber-Stabs
mit einer Zirkon-Hülse (25) abgedeckt ist.
14. Steuerstab nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Neutronenabsorber-Stab (24) und den Aufnahmelöchern (20) ein Zirkon-Streifen
(25) angeordnet ist.
15. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß Hafnium-Partikel in einem Bereich von 1 bis 2 cm hinter dem äußeren
Endabschnitt jedes der Aufnahmelöcher (20) eingeschlossen sind, welche zumindest in einem
Bereich von 1/4×L hinter dem vorderen Einschubende des Flügels (14) angeordnet
sind, wobei die Hafnium-Partikel in Richtung Innenseite des Flügels (14)
weisen.
16. Steuerstab nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß ein rohrförmiges Zirkon-Element (21) in jedes der Aufnahmelöcher
(20) eingesetzt ist, die den Bor enthaltenden Neutronenabsorber (27a) aufweisen und zumindest
in dem Bereich von 1/4×L hinter dem vorderen Einschubende des Flügels (14) angeordnet
sind, und Partikel (27b) aus reinem Zirkon und eine Borverbindung (27a) als Gemisch
in dem rohrförmigen Element (21) eingeschlossen sind.
17. Steuerstab zur Verwendung in Kernreaktoren, mit
einer zentralen Verbindungseinrichtung (34),
einer Mantelplattenanordnung (33), die einen U-förmigen seitlichen Querschnitt besitzt und derart an die zentrale Verbindungseinrichtung angeschlossen ist, daß sie Flügel (31) bilden, die unter Bildung eines kreuzuförmigen Querschnitts angeordnet sind, und
eine Neutronenabsorber-Stab-Anordnung (32), die in der Mantelplattenanordnung (33) in einer Reihe aufgenommen und dadurch gebildet ist, daß ein Neutronenabsorbermaterial (41) aus Hafnium-Metall mit Hauptkomponente Hafnium oder einer Silber-Indium-Kadmium-(Ag-In-Cd-)Legierung in einem Deckrohr (40)aufgenommen ist, wobei eine Lücke oder eine Hülse (44) um das Neutronenabsorbermaterial herum gebildet wird oder auf einer Oberfläche des Neutronenabsorbermaterials (41) eine Oxidschicht gebildet ist und in einer vorbestimmten Zone des Deckrohrs (40) eine Borverbindung vorhanden ist, die mit mindestens einem Wasserstoffabsorber (45) gemischt ist, der sich aus Zirkon-Partikeln oder Hafnium-Pulver zusammensetzt.
einer zentralen Verbindungseinrichtung (34),
einer Mantelplattenanordnung (33), die einen U-förmigen seitlichen Querschnitt besitzt und derart an die zentrale Verbindungseinrichtung angeschlossen ist, daß sie Flügel (31) bilden, die unter Bildung eines kreuzuförmigen Querschnitts angeordnet sind, und
eine Neutronenabsorber-Stab-Anordnung (32), die in der Mantelplattenanordnung (33) in einer Reihe aufgenommen und dadurch gebildet ist, daß ein Neutronenabsorbermaterial (41) aus Hafnium-Metall mit Hauptkomponente Hafnium oder einer Silber-Indium-Kadmium-(Ag-In-Cd-)Legierung in einem Deckrohr (40)aufgenommen ist, wobei eine Lücke oder eine Hülse (44) um das Neutronenabsorbermaterial herum gebildet wird oder auf einer Oberfläche des Neutronenabsorbermaterials (41) eine Oxidschicht gebildet ist und in einer vorbestimmten Zone des Deckrohrs (40) eine Borverbindung vorhanden ist, die mit mindestens einem Wasserstoffabsorber (45) gemischt ist, der sich aus Zirkon-Partikeln oder Hafnium-Pulver zusammensetzt.
18. Steuerstab nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Stopfen-Anordnung
(43) zum Abdichten zweier Endabschnitte des Deckrohrs (40).
19. Steuerstab nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,
daß das Neutronenabsorbermaterial (41) in einem nicht abgedichteten Innenrohr (44) eingeschlossen
ist, welches innerhalb des Deckrohrs (40) aufgenommen ist.
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