DE4416362C2

DE4416362C2 - absorber part

Info

Publication number: DE4416362C2
Application number: DE4416362A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Rudnick; Manfred Tennie; Guenter Zeitzschel
Original assignee: Framatome ANP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: WO1995030990A1; DE4416362A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absorberteil zum Abschir men eines Neutronen aussendenden Gegenstandes, mit einem tragenden Grundkörper und einer auf den Grundkörper aufgebrachten Oberflächenschicht, die ein Neutronen absorbierendes Material enthält. Sie betrifft weiter eine Verwendung eines derartigen Absorberteils.The invention relates to an absorber part for shielding a neutron emitting object, with a load-bearing basic body and one on the basic body applied surface layer that is a neutron contains absorbent material. It continues to affect one Use of such an absorber part.

Derartige Absorberteile sind beispielsweise bekannt aus EP 16 252 A1, EP 55 679 A2, CH 655 595 A5 oder JP 0120 8446 AA. Die Oberflächenschicht ist dabei üblicherweise mittels Plasma- oder Flammspritzen aufgebracht.Such absorber parts are known for example from EP 16 252 A1, EP 55 679 A2, CH 655 595 A5 or JP 0120 8446 AA. The Surface layer is usually by means of plasma or flame spraying applied.

Absorberteile werden üblicherweise zur Neutronenabsorption eingesetzt. Zur Erreichung der gewünschten Neutro nenabsorption werden aus den Absorberteilen verschiedenartige Schächte, Kanister oder ähnliche Konfigurationen hergestellt, die den Neutronen aussendenden Gegenstand umgeben. Der Ein satz solcher Absorberteile ermöglicht z. B. die kompakte Lage rung Neutronen abgebender Komponenten aus Kernreaktoren. So ist z. B. aus der EP 0 385 187 A1 ein Brennelement-Lagerge stell bekannt, bei dem Absorberbleche im montierten Zustand eine Anzahl von Schächten bilden, die die Brennelemente über deren gesamte Länge umschließen. Dabei sind die die Schächte bildenden Absorberbleche oder Absorberteile aus Neutronen ab sorbierendem Material, z. B. aus Borstahl oder boriertem Blech, gefertigt.Absorber parts are usually used for neutron absorption used. To achieve the desired neutro Absorber parts become various types of absorption Manholes, canisters or similar configurations made, surrounding the neutron emitting object. The one Set of such absorber parts enables z. B. the compact location tion of neutron donating components from nuclear reactors. So is z. B. from EP 0 385 187 A1 a fuel assembly bearing imagine known when the absorber plates in the assembled state form a number of wells that the fuel assemblies over enclose their entire length. They are the shafts forming absorber sheets or absorber parts from neutrons sorbent material, e.g. B. from boron steel or borated Sheet metal, manufactured.

Die Absorberteile werden üblicherweise dadurch hergestellt, daß ein bestimmter Anteil von z. B. 0,8 Gew.-% Bor in ein schmelzflüssiges Grundmaterial eingebracht wird. Ein aus die ser Schmelze hergestelltes Absorberteil wird anschließend zu einem Schacht, einem Kanister oder einem sonstigen Behälter weiterverarbeitet. Ein Nachteil dieser Boranreicherung besteht allerdings darin, daß das Grundmaterial durch das Ein schmelzen oder Einlagern über eine bestimmte Menge von Bor versprödet, so daß die Weiterverarbeitung äußerst schwierig und in speziellen Anwendungsfällen sogar unmöglich ist.The absorber parts are usually manufactured by that a certain proportion of z. B. 0.8 wt .-% boron in a molten base material is introduced. One out of the This melt produced absorber part is then to a shaft, a canister or another container further processed. A disadvantage of this boron enrichment is however, in that the basic material by the one melting or storing over a certain amount of boron embrittled, making processing extremely difficult and is even impossible in special applications.

Eine weitere Möglichkeit ein derartiges Absorberteil herzu stellen besteht darin, das Neutronen absorbierende Material in einen Grundwerkstoff, z. B. aus Aluminium oder aus Kunst stoff (Kunststoffmatte), einzulagern, und diesen Grundwerk stoff anschließend auf beiden Seiten mit austenitischen Ble chen zu versehen.Another possibility of using such an absorber part is the neutron absorbing material in a base material, e.g. B. made of aluminum or art fabric (plastic mat), and this base work then fabric on both sides with austenitic lead Chen to provide.

Diese Art der Herstellung des Absorberteils hat allerdings den Nachteil, daß eine homogene Verteilung des Bors innerhalb des Grundwerkstoffs nicht immer gewährleistet ist. Die Forde rung nach einer homogenen Verteilung des Neutronen absorbie renden Materials in allen Bereichen des Absorberteils ist aber aufgrund der Gefahr eines Kritikalitätsstörfalls streng einzuhalten. Diese Forderung beinhaltet auch die Vermeidung einer Enthomogenisierung entlang des Absorberteils. Die Aufbringung einer aus diesen Gründen vorgesehenen, ein Neutronen absorbierendes Material enthaltenden Oberflächenschicht auf einem Grundkörper des Absorberteils mittels Plasma- oder Flammspritzens ist vergleichsweise aufwendig.However, this type of manufacture of the absorber part has the disadvantage that a homogeneous distribution of the boron within of the base material is not always guaranteed. The Forde after a homogeneous distribution of neutron absorption material in all areas of the absorber part but strict due to the risk of a criticality accident observed. This requirement also includes avoidance entomogenization along the absorber part. The Application of one provided for these reasons Containing neutron absorbing material Surface layer on a base body of the absorber part using plasma or flame spraying is comparative consuming.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Absorber teil der oben genannten Art anzugeben, das in besonders günstiger Weise herstellbar ist. Des weiteren soll eine besonders günstige Verwendung des Absorberteils angegeben werden.The invention is therefore based on the object of an absorber to indicate part of the above type, which in particular is inexpensive to manufacture. Furthermore, one should indicated particularly favorable use of the absorber part become.

Bezüglich des Absorberteils wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht durch Löten aufgebracht ist. With regard to the absorber part, this task solved according to the invention in that the surface layer is applied by soldering.

Durch die Aufbringung der Oberflächenschicht auf einen Grundkörper ist es möglich, sowohl eine homogene Verteilung des Neutronen absorbierenden Materials innerhalb einer gewünschten Schichtdicke als auch eine äußerst haftfähige Verbindung der Oberflächenschicht mit dem Werkstoff des Grundkörpers zu erreichen. Dies wiederum ermöglicht eine be sonders einfache Weiterverarbeitung des Absorberteils zur ge wünschten Form. Auch können handelsüblich zugelassene Werk stoffe, vorzugsweise metallische Werkstoffe oder auch Keramiken, für den Grundkörper, d. h. als Grundwerkstoff, verwendet werden. Dies war bisher nicht möglich.By applying the surface layer to one Basic body, it is possible to have both a homogeneous distribution of the neutron absorbing material within one desired layer thickness as well as an extremely adhesive Connection of the surface layer with the material of the To reach the basic body. This in turn enables a be particularly easy further processing of the absorber part to ge wanted shape. Can also work commercially approved substances, preferably metallic materials or Ceramics, for the basic body, d. H. as base material, be used. So far this has not been possible.

Als Neutronen absorbierendes Material wird vorzugsweise Bor verwendet. Dabei kann die das Neutronen absorbierende Materi al enthaltende Oberflächenschicht auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite aufgebracht sein. Durch Aufbringen der Oberflächenschicht sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite ist auch im Fall eines Risses in einer der Ober flächenschichten eine sichere Abschirmung gewährleistet, da der Riß von der jeweils gegenüberliegenden Oberflächenschicht mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit abgeschattet ist.Boron is preferably used as the neutron absorbing material used. The neutron absorbing material can surface layer containing al on the inside and / or be applied on the outside. By applying the Surface layer both on the inside and on the Outside is also in the case of a crack in one of the upper surface layers ensure safe shielding because the crack from the opposite surface layer shadowed with a probability bordering on certainty is.

Ein derartiges mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Neutronen absorbierenden Material versehenes Absorberteil wird zweckmäßigerweise, z. B. innerhalb eines Brennelement-La gergestells, als Behälter oder Schacht für ein Brennelement eines Kernreaktors verwendet.Such with a surface coating from one Absorber part provided with neutron absorbing material is conveniently, for. B. within a fuel assembly La rack, as a container or shaft for a fuel assembly a nuclear reactor used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail. In it show:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen mit einer Oberflächenschicht versehenen Absorberschacht, und Fig. 1 a provided with a surface layer absorber well in a perspective representation, and

Fig. 2 ebenfalls in perspektivischer Darstellung einen Ab sorberschacht gemäß Fig. 1 aus miteinander verschränkten Ab sorberblechen. Fig. 2 is also a perspective view of a sorbet shaft according to FIG. 1 from interlaced sorber sheets.

Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are in both figures with the provided with the same reference numerals.

Der gemäß Fig. 1 im Querschnitt quadratische Absorberschacht 1 dient zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Brennele ments. Die Wandung 2 des Absorberschachts 1 ist aus einem Grundkörper 3 und einer auf diesen aufgebrachten Oberflächen schicht 4 aus Neutronen absorbierendem Material, z. B. Bor, aufgebaut. Die Oberflächenschicht 4 ist hier auf der Außen seite der Wandung 2 vorgesehen. Sie kann aber auch auf der Innenseite der Wandung 2 aufgebracht sein. Auch kann auf bei den Seiten der Wandung 2 eine Oberflächenschicht 4 aufge bracht sein.Of FIG. 1 square in cross-section shaft 1 absorber (not shown) serves to receive a Brennele management. The wall 2 of the absorber shaft 1 is composed of a base body 3 and a surface 4 applied to it, made of neutron absorbing material, e.g. B. boron. The surface layer 4 is provided here on the outside of the wall 2 . But it can also be applied to the inside of the wall 2 . Also, a surface layer 4 can be brought up on the sides of the wall 2 .

Die Oberflächenschicht 4 dient zur Absorption von Neutronen, die von dem innerhalb des Absorberschachtes 1 angeordneten und von der Wandung 2 umgebenen Brennelement oder einem ande ren dort eingelagerten Gegenstand ausgesendet werden.The surface layer 4 serves for the absorption of neutrons, which are emitted by the fuel element arranged within the absorber shaft 1 and surrounded by the wall 2 or another object stored there.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Absorber schacht 1 aus vier miteinander verschränkten Absorberblechen 5 bis 8 aufgebaut. Dazu sind die Absorberbleche 5 bis 8 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit über einen Teil ihrer Länge verlaufenden Schlitzen versehen, die beim Zusam menbau ineinandergreifen.In the embodiment shown in FIG. 2, the absorber shaft 1 is made up of four interconnected absorber sheets 5 to 8 . For this purpose, the absorber plates 5 to 8 are provided in a manner not shown with slots extending over part of their length, which interlock during assembly.

Die Absorberbleche 5 bis 8 weisen jeweils - ebenso wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - einen Grundkörper 3 aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff auf. Der Grund körper 3 jedes Absorberbleches 5 bis 8 ist auf beiden Seiten jeweils mit einer Oberflächenschicht 4 versehen, die das Neu tronen absorbierende Material enthält.The absorber sheets 5 to 8 each have - as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 - a base body 3 made of a metallic or ceramic material. The basic body 3 of each absorber sheet 5 to 8 is provided on both sides with a surface layer 4 , which contains the neutron absorbing material.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, bildet jedes der Absorberble che 5 bis 8 einen Teil der Wandungen 2 mehrerer benachbarter Absorberschächte 1. Dies ist in Fig. 2 durch Bereiche 9 an gedeutet, die über die Wandung 2 des durch die Absorberbleche 5 bis 8 gebildeten Absorberschachtes 1 hinausragen. As indicated in FIG. 2, each of the absorber plates 5 to 8 forms part of the walls 2 of a plurality of adjacent absorber shafts 1 . This is indicated in FIG. 2 by areas 9 which protrude beyond the wall 2 of the absorber shaft 1 formed by the absorber sheets 5 to 8 .

Bei der Herstellung der für die Absorberschächte 1 verwende ten Absorberteile 2 und 5 bis 8 wird die Oberflächenschicht 4 mittels eines Oberflächen-Behandlungsverfahrens auf den Grundkörper 3 aufgebracht.In the manufacture of the absorber parts 2 and 5 to 8 used for the absorber shafts 1 , the surface layer 4 is applied to the base body 3 by means of a surface treatment method.

Das Oberflächen-Beschichtungsverfahren besteht darin, die Oberflächenschicht 4 auf den Grundkörper 3 aufzulöten. Dabei wird anstelle der bisher üblichen Zu schlagsstoffe oder zusätzlich zu diesen Zuschlagsstoffen Bor oder ein anderes Neutronen absorbierendes Material in das Lot eingebracht. Dies ermöglicht die Verwendung eines handelsüb lichen Blechs als Werkstoff für den Grundkörper 3. Auf dieses Blech wird der mit dem Neutronen absorbierenden Material ver sehene Werkstoff aufgelötet. Dadurch wird sowohl eine homoge ne Verteilung innerhalb der Oberflächenschicht 4 als auch ei ne äußerst haftfähige Verbindung zwischen der Oberflächen schicht 4 und dem Grundkörper 3 erreicht.The surface coating method consists in soldering the surface layer 4 onto the base body 3 . Instead of the usual additives or in addition to these additives, boron or another neutron absorbing material is introduced into the solder. This enables the use of a commercially available sheet metal as the material for the base body 3 . The material provided with the neutron absorbing material is soldered onto this sheet. Thereby, both a homoge ne distribution within the surface layer 4 and ei ne highly adhesive connection between the surface layer 4 and reaches the base body. 3

Ebenso wie das Plasmaspritzen oder Sputtern wird auch das Hartlöten üblicherweise zur Herstellung verschleißfester Schichten angewendet, wie es z. B. in dem Aufsatz "Herstellung und Eigenschaften verschleißfester Schichten mit Hilfe kunst stoffgebundener Hartstoff-/Lotformteile" von H. Krappitz, U. Mürrle und J. Nauber in dem Prospekt der Firma Degussa mit der Kennzeichnung Do 175-1-105-589 DVS beschrieben ist. Just like plasma spraying or sputtering, brazing is usually used for the production of wear-resistant layers, as described for. B. in the article "Production and properties of wear-resistant layers with the help of plastic-bonded hard / solder molded parts" by H. Krappitz, U. Mürrle and J. Nauber in the prospectus by Degussa with the identification Do 175-1-105-589 DVS is described.

Das Absorberteil 1, auf dessen Grundkörper 3 die das Neutro nen absorbierende Material enthaltende Oberflächenschicht 4 nach einem der beispielhaft genannten Oberflächen-Beschich tungsverfahren aufgebracht ist, kann in beliebiger Weise in die gewünschte Form gebracht werden. So ist gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 1 der Absorberschacht 1 aus einem einzelnen Absorberteil geformt. Demgegenüber besteht das Ab sorberteil gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aus ei ner Anzahl von Absorberblechen 5 bis 8, aus denen der Absor berschacht 1 zusammengesetzt ist.The absorber part 1 , on the base body 3 of which the neutron absorbent material-containing surface layer 4 is applied by one of the surface coating methods mentioned by way of example, can be brought into the desired shape in any manner. For example, according to the embodiment in FIG. 1, the absorber shaft 1 is formed from a single absorber part. In contrast, the absorber part from the embodiment of FIG. 2 consists of egg ner number of absorber sheets 5 to 8 , from which the absorber shaft 1 is composed.

Das beschriebene Absorberteil 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, daß auch eine Forderung nach vergleichsweise höheren Absorptionsraten und damit höhe rem Borgehalt erfüllt werden kann. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Lagerung von Brennelementen im Brennelement-Lagergestell. Dabei ist vor teilhafterweise auch eine vergleichsweise höhere Anreicherung der zu lagernden Brennelemente unter Vermeidung der Gefahr einer Kritikalitätsstörung möglich.The absorber part 1 described has the essential advantage over the prior art that a requirement for comparatively higher absorption rates and thus a higher boron content can also be met. This in turn advantageously enables a particularly compact storage of fuel elements in the fuel assembly storage rack. In some cases, a comparatively higher enrichment of the fuel elements to be stored is possible, avoiding the risk of a criticality disruption.

Claims

1. Absorber part for shielding a neutron emitting object with a supporting base body ( 3 ) and a surface layer ( 4 ) applied to the base body ( 3 ) and containing a neutron absorbing material, characterized in that the surface layer ( 4 ) is applied by soldering ,

2. absorber part according to claim 1, characterized in that the new tron absorbing material is a material containing boron is.

3. Absorber part according to claim 1 or 2, characterized in that the surface containing the neutron absorbing material layer ( 4 ) is applied on the inside and / or on the outside.

4. Absorber part according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper surface layer ( 4 ) is applied to a metallic or ceramic base body ( 3 ).

5. Use of an absorber part according to one of claims 1 to 4, as a container ( 1 ) for a fuel element of a nuclear reactor.