ES2696992T3

ES2696992T3 - Un componente absorbente de neutrones y un método para producir un componente absorbente de neutrones

Info

Publication number: ES2696992T3
Application number: ES11717051T
Authority: ES
Inventors: Lars Hallstadius; Karin Backman; Björn Rebensdorff; Hans Widegren
Original assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2019-01-21
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: EP2543044A1; JP2013521492A; US20130051512A1; JP5947224B2; SE536814C2; SE1050187A1; KR20130036179A; WO2011108973A1; EP2543044B1

Abstract

Componente absorbente de neutrones (1), que comprende un núcleo (2) que consiste en un primer material y una capa (3) que consiste en un segundo material, en donde la capa (3) rodea al menos parcialmente el núcleo (2) y está adaptada para proteger el núcleo (2) de una zona externa circundante, en donde el primer material tiene una mayor capacidad de absorción de neutrones que el segundo material, caracterizado por que el componente (1) está adaptado para usarlo en reactores de fisión, por que el componente absorbente de neutrones (1) comprende una capa intermedia (4) entre el núcleo (2) y la capa (3), por que la capa intermedia (4) comprende el primer material y el segundo material, y por que la capa intermedia (4) tiene un gradiente de material que comprende una disminución de la concentración del primer material del núcleo (2) a la capa (3) y un aumento de la concentración del segundo material del núcleo (2) a la capa (3).

Description

DESCRIPCIÓN

Un componente absorbente de neutrones y un método para producir un componente absorbente de neutrones Campo de la invención

La presente invención se refiere a un componente absorbente de neutrones de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, véase el documento JP-62263979.

La presente invención se refiere también a un método para fabricar un componente absorbente de neutrones, que comprende un núcleo que consiste en un primer material, una capa que consiste en un segundo material, en donde la capa rodea, al menos parcialmente, el núcleo y está adaptada para proteger al núcleo de una zona externa circundante, en donde el primer material tiene una capacidad de absorción de neutrones más alta que el segundo material.

Técnica anterior

En los reactores de fisión se usan diferentes tipos de componentes absorbentes de neutrones para controlar la reactividad en el reactor. Los componentes pueden usarse durante la operación del reactor para ajustar la reactividad, obteniéndose un ajuste de la potencia del reactor. Este tipo de ajuste puede encontrarse, por ejemplo, en reactores de agua en ebullición. Los componentes absorbentes de neutrones pueden usarse también para terminar la reacción en cadena que crea los neutrones que mantienen un proceso de fisión, cesando la criticidad del proceso de la fisión y el reactor se para. Los componentes para este tipo de terminación del proceso de fisión, denominados también barras de control, se encuentran por ejemplo en reactores de agua en ebullición y reactores de agua a presión. Los componentes absorbentes de neutrones además, pueden usarse para asegurar que los materiales nucleares mantienen su estado no crítico, por ejemplo durante el transporte del combustible nuclear. Los componentes absorbentes de neutrones se usan a menudo en una zona externa circundante, tal como el entorno reactivo en un reactor de fisión. El entorno externo puede comprender sustancias que son químicamente agresivas a altas temperaturas y presiones. La zona externa circundante alrededor de los componentes absorbentes de neutrones puede ser, por ejemplo, el medio moderador y de enfriamiento, que comprende agua ligera en reactores de agua a presión y en ebullición. Las sustancias agresivas pueden reaccionar con la sustancia absorbente de neutrones en los componentes absorbentes de neutrones. De esta manera, la función absorbente del componente puede deteriorarse. Además, la zona externa circundante en el reactor alrededor de los componentes absorbentes de neutrones puede contaminarse por la sustancia absorbente de neutrones y/o por sustancias en estado gaseoso formadas durante la absorción de neutrones en el componente absorbente de neutrones. La contaminación de la zona externa circundante puede dar como resultado una incertidumbre y/o desequilibrio en la reactividad del reactor. En el caso de que se ejerza influencia sobre los componentes absorbentes de neutrones, puede ser necesario parar el reactor y reemplazar los componentes, y descontaminar la zona externa circundante del reactor de la sustancia o sustancias absorbentes de neutrones en estado gaseoso formadas durante la absorción de neutrones. Esto da como resultado grandes pérdidas en forma de falta de producción de energía durante el cierre operativo y coste por la sustitución de los componentes absorbentes de neutrones.

Durante el transporte de materiales nucleares, tal como elementos de combustible nuclear, es de primordial importancia que el material mantenga su estado no crítico. Un ejemplo de transporte de materiales nucleares es el transporte de elementos de combustible nuclear. Los elementos de combustible nuclear no irradiados se transportan del fabricante de combustible nuclear a los reactores de fisión nuclear en contenedores de transporte especialmente diseñados que comprenden componentes absorbentes de neutrones. En el caso de una situación improbable donde los contenedores están sometidos a altas temperaturas, es importante que se mantenga la función de los componentes absorbentes de neutrones y su posición en los contenedores de transporte.

En el documento EP-1249844 se divulga una técnica para el tratamiento de combustible nuclear quemado para depósito adicional. En este documento, el combustible nuclear quemado se trata con polvo de aluminio y boro que se comprime por compresión isostática en frío (CIP) y después se sinterizan juntos mediante sinterización asistida por plasma.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un componente absorbente de neutrones con propiedades mejoradas.

Este objeto se consigue con el componente definido inicialmente que comprende las características que se definen en la parte caracterizante de la reivindicación 1.

El componente absorbente de neutrones consigue el objetivo mencionado anteriormente mediante la capa intermedia entre el núcleo y la capa. La capa intermedia comprende o consiste en una mezcla del primer material y el segundo material.

La capa intermedia, que puede obtenerse junto con la fabricación del componente por sinterización, es una capa entre el núcleo y la capa que proporciona una transición de las propiedades del primer material al segundo material. La capa intermedia comprende una transición escalonada o gradual de la concentración del primer y el segundo materiales. La capa intermedia tiene un gradiente de material, que significa que la concentración del primer material y el segundo material en la capa intermedia es mayor de cero. El gradiente de material implica un cambio de concentración en comparación con el núcleo y en comparación con la capa. El gradiente de material puede comprender una mezcla homogénea del primer y el segundo materiales. El gradiente de material puede comprender también un cambio dentro de la capa intermedia de la proporción entre la concentración del primer y el segundo materiales. De esta manera, el gradiente de material puede ajustarse basándose en las propiedades del material, por ejemplo con respecto a la expansión por temperatura, del primer y el segundo materiales para obtener buenas propiedades materiales del componente. Mediante el gradiente de material, se forma una transición entre el primer material en el núcleo y el segundo material en la capa, que proporciona una fuerte adhesión entre la capa y el núcleo. El gradiente de material en la capa intermedia da como resultado una reducción de las tensiones internas en el componente formado debido a las diferencias térmicas y elásticas entre el primer y el segundo materiales. De esta manera, surge una adhesión mejorada de la capa al núcleo que proporciona una funcionalidad mejorada a los componentes.

El componente se fabrica mediante un método de sinterización adecuado que proporciona al componente una alta sinterización conjunta del primer material con el segundo material. El método de sinterización puede implicar o combinarse con una presión aplicada y/o una temperatura elevada. El método de sinterización asegurará que puede controlarse una pluralidad de propiedades del material, tal como tamaño de grano y porosidad, del material sinterizado, dentro de un amplio intervalo.

Con el componente absorbente de neutrones, se propone un componente que esté adaptado para controlar la reactividad y criticidad del material nuclear. El componente absorbente de neutrones tiene capacidad de capturar neutrones. Cuando el componente absorbente de neutrones captura neutrones, este reduce la relación entre los neutrones presentes y formados y, de esta manera, se reduce la reactividad, por ejemplo en un reactor de fisión. El componente absorbente de neutrones puede usarse, por ejemplo, para ajustar o terminar la reactividad en reactores de fisión. Además, el componente absorbente de neutrones puede asegurar el estado subcrítico del material nuclear.

El núcleo del componente absorbente de neutrones consiste en el primer material. El primer material tiene una mayor capacidad absorbente de neutrones que el segundo material. La capacidad absorbente de neutrones del componente para afectar a la reactividad en reactores de fisión se debe principalmente a la capacidad absorbente de neutrones del núcleo.

La capa de un componente absorbente de neutrones está adaptada para proteger al núcleo de una zona externa circundante. La capa consiste en el segundo material, que tiene propiedades que son adecuadas para proteger el núcleo del componente.

La zona externa circundante puede ser de diferentes tipos, dependiendo del campo de uso. Por ejemplo, en un reactor de fisión, la zona externa circundante comprende principalmente un medio de moderación y enfriamiento. Durante el uso, para asegurar el estado subcrítico, la zona externa circundante puede comprender por ejemplo aire u hormigón. Durante la operación del reactor, se forma un entorno reactivo que afecta, entre otras cosas, a los componentes absorbentes de neutrones en el reactor. Mediante la función protectora de la capa, se asegura que el núcleo del componente no se vea afectado por la zona externa circundante, tal como el entorno en un reactor de fisión. Puesto que la capa protege el núcleo de la influencia de la zona externa circundante se evita la funcionalidad de un componente absorbente de neutrones. La protección del núcleo da como resultado también que la zona externa circundante, por ejemplo el moderador de un reactor de fisión de agua ligera, no se contamine por el primer material o por sustancias en estado gaseoso formadas en el núcleo del componente absorbente de neutrones. Evitando que se contamine la zona externa circundante, se evita la incertidumbre en la reactividad del reactor. De esta manera, el control y supervisión del reactor pueden realizarse de forma precisa y fiable. La capa puede proteger también el componente absorbente de neutrones de verse afectado en el caso de una situación improbable con temperaturas muy altas, por ejemplo durante el transporte. De esta manera, puede asegurarse el mantenimiento de la función absorbente de neutrones de los componentes y su posición.

Por capacidad de absorción de neutrones de un material, debe entenderse el grado en el que el material tiene capacidad para capturar neutrones. La capacidad de absorción de neutrones de un material varía con el espectro de la energía de los neutrones, y diferentes materiales tienen, a diferentes energías de neutrón, los denominados picos de resonancia en la sección transversal de absorción de neutrones, donde se obtiene una capacidad de absorción de neutrones muy alta. Por capacidad de absorción de neutrones debe entenderse, en este contexto, la capacidad de un material para, sobre un espectro de neutrones adecuado para un reactor de fisión, capturar neutrones y, de esta manera, reducir la reactividad del reactor. Un ejemplo de una medida que refleja una capacidad de absorción de neutrones del material en un reactor de fisión es la Concentración de Boro Equivalente (EBC), donde un valor cercano a uno comprende un material con una alta capacidad de absorción de neutrones y un valor cercano a cero comprende un material con una baja capacidad de absorción de neutrones.

De acuerdo con la invención, el componente absorbente de neutrones está adaptado para usarlo en reactores de fisión. De esta manera, las propiedades del componente, proporcionadas por el núcleo, la capa y las capas intermedias, se disponen para usarlas en la condición y entornos que están presentes en reactores de fisión, por ejemplo en reactores de agua en ebullición y de agua a presión.

De acuerdo con una realización de la invención, el gradiente de material comprende una disminución sucesiva de la concentración del primer material del núcleo a la capa y un aumento sucesivo de la concentración de un segundo material del núcleo a la capa. De esta manera, el gradiente de material se dispone para proporcionar una transición gradual de una propiedad del primer material al segundo material y viceversa.

De acuerdo con una realización de la invención, la capa de un componente absorbente de neutrones es esencialmente impermeable a sustancias en estado gaseoso, al menos helio. Puesto que la capa es esencialmente impermeable, las sustancias en estado gaseoso que se forman cuando se capturan neutrones en el primer material pueden mantenerse dentro del interior del componente absorbente de neutrones. De esta manera, no ocurre contaminación de la zona externa circundante por las sustancias en estado gaseoso formadas en el componente absorbente de neutrones.

De acuerdo con una realización de la invención, la capa de componente absorbente de neutrones es esencialmente resistente a la corrosión en un entorno de un reactor de fisión. Por esencialmente resistente a la corrosión se entiende que la capa es químicamente inerte, o esencialmente químicamente inerte y que, por tanto, su efecto protector se mantiene cuando se expone a la zona externa circundante en un reactor de fisión. Por resistencia a la corrosión de la capa, el núcleo del componente absorbente de neutrones está protegido de ser afectado por la zona externa circundante. De esta manera, se asegura la integridad y función del componente absorbente de neutrones. De acuerdo con una realización de la invención, el volumen de poros de la porosidad en la capa del componente absorbente de neutrones es considerablemente menor que el volumen de poros de la porosidad en el núcleo. La porosidad del núcleo se usa para mantener, al menos parcialmente, los gases formados dentro de los granos de la estructura de material. Mediante la menor porosidad de la capa, se consiguen propiedades de material deseables de la capa, tal como alta densidad, que proporciona a la capa un efecto de separación que protege el núcleo de la zona externa circundante y evita que la sustancia en estado gaseoso formada en el núcleo escape del componente absorbente de neutrones. De esta manera, se aseguran la integridad y función del componente absorbente de neutrones, y se reduce el riesgo de que se contamine la zona externa circundante por el primer material o por las sustancias en estado gaseoso formadas en el núcleo.

De acuerdo con una realización de la invención, la capa del componente absorbente de neutrones comprende, al menos, uno de un material metálico y un material cerámico. Ciertos materiales de estos grupos poseen propiedades que son particularmente adecuadas en un entorno de reactor. Por ejemplo, ciertos materiales cerámicos, tales como SiC, tienen una alta resistencia a la corrosión, una alta dureza y son resistentes al calor. Por ejemplo, ciertos materiales metálicos tales como Zr, tienen una alta resistencia a la corrosión y buenas propiedades mecánicas. De acuerdo con una realización de la invención, la capa del componente absorbente de neutrones consiste en al menos una sustancia seleccionada del grupo de Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrO2, A^O3, una mezcla de los mismos y un posible equilibrio. Las sustancias de este grupo tienen propiedades que son preferibles para la capa del componente absorbente de neutrones.

De acuerdo con una realización de la invención, el núcleo del componente absorbente de neutrones consiste en una sustancia seleccionada del grupo de Hf, B, In, Cd, Hg, Ag, Gd, Er, BxCy, BxNy, BxOy, una mezcla de los mismos y un posible equilibrio. Las sustancias de este grupo tienen propiedades que son preferibles para el núcleo del componente absorbente de neutrones. Dentro del marco de la invención, es posible combinar cualquiera de estas sustancias del núcleo con cualquiera de las sustancias mencionadas anteriormente de la capa, por ejemplo una capa de SiC y un núcleo de BxCy, tal como B4C.

De acuerdo con una realización de la invención, se pretende que el componente absorbente de neutrones esté localizado en una barra de control, en donde la capa rodea completamente al núcleo. Llenando la barra de control con uno o más componentes absorbentes de neutrones, cuyo núcleo está completamente cerrado y protegido por la capa, a la barra de control se le dan propiedades mejoradas del componente absorbente de neutrones.

Ventajosamente, el componente constituye al menos una parte de una barra de control destinada a controlar la reactividad en un reactor de fisión. De esta manera, la barra de control puede estar compuesta de uno o más componentes absorbentes de neutrones en diferentes configuraciones. De esta manera, la barra de control está adaptada para su uso en diferentes tipos de reactores.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, la barra de control está configurada para usarla en un reactor de agua ligera del tipo reactor de agua en ebullición. Ventajosamente, la barra de control está construida de al menos una lámina formada por el componente absorbente de neutrones.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, la barra de control está configurada para usarla en un reactor de agua ligera de tipo reactor de agua a presión. Ventajosamente, la barra de control puede construirse de al menos un cilindro formado de un componente absorbente de neutrones.

Un objeto de la presente invención es proporcionar también un método para fabricar un componente absorbente de neutrones.

Este objeto se consigue mediante el método definido en la reivindicación 14.

Tal método comprende alimentar el primer material y el segundo materiales a un espacio de una herramienta de tal modo que el segundo material rodee al menos parcialmente el primer material, sinterizando posteriormente juntos el primer y el segundo materiales al componente absorbente de neutrones, en donde se forma la capa intermedia entre el núcleo y la capa, y en donde la capa intermedia tiene un gradiente de material.

La herramienta para el método comprende una parte de herramienta con un espacio adaptado para alimentarlo con material para sinterizar. Posiblemente puede aplicarse una presión y/o una temperatura elevada para aumentar la densificación durante el método de sinterización.

De acuerdo con la invención, el componente absorbente de neutrones está adaptado para usarlo en reactores de fisión.

De acuerdo con la invención, el gradiente de material comprende una disminución sucesiva de la concentración del primer material del núcleo a la capa y un aumento sucesivo de la concentración del segundo material del núcleo a la capa.

De acuerdo con la invención, se forma una zona intermedia entre una parte interna del espacio y una parte externa del espacio en la alimentación del primer material y el segundo material, y en donde la zona intermedia comprende una disminución de la concentración del primer material desde la parte interna del espacio a la parte externa del espacio y un aumento de una concentración del segundo material desde la parte interna del espacio a la parte externa del espacio. La zona intermedia está localizada en una parte intermedia del espacio entre la parte interna del espacio y una parte externa del espacio, y consiste en el primer material y el segundo material. La zona intermedia comprende un gradiente de material, que da como resultado que el primer y el segundo materiales se transfieran de forma escalonada o gradual el uno al otro. Cuando los materiales se han alimentado al espacio, el primer material y el segundo material se unen juntos por sinterización, de tal modo que se forman la capa, el núcleo y la capa intermedia.

De acuerdo con una realización de la invención, el espacio se hace vibrar de tal modo que el primer material y el segundo material se unen y forman la zona intermedia. El espacio se hace vibrar después de que el primer material y el segundo material se hayan alimentado al espacio, pero antes de la sinterización. De esta manera, aparece un gradiente de material del primer material y el segundo material entre la parte interna del espacio y la parte externa del espacio.

De acuerdo con la invención, el primer material se alimenta en forma de polvo. Por material en forma de polvo debe entenderse un material en estado sólido que comprende un gran número de partículas con un tamaño de partícula pequeño. El polvo puede ser también posiblemente fluido, lo que significa que el polvo se deforma fácilmente cuando se somete a tensiones mecánicas. De esta manera, el polvo puede rellenar el espacio de la herramienta para la sinterización. Usando un material en forma de polvo, se facilita el método cuando se forma la zona intermedia.

De acuerdo con la invención, el segundo material se alimenta en forma de polvo.

De acuerdo con una realización de la invención, el espacio está dividido por una tubería interna que comprende la parte interna, en donde el espacio está dividido por una tubería externa que comprende la parte externa, en donde se forma una parte intermedia entre la tubería externa y la tubería interna, y en donde la parte intermedia se alimenta con una mezcla del primer material y el segundo material para crear la zona intermedia. La parte interna está adaptada para alimentarla con el primer material, que después de la sinterización forma el núcleo del componente absorbente de neutrones. La parte externa está adaptada para alimentarla con el segundo material, que después de la sinterización forma la capa del componente absorbente de neutrones. La parte intermedia forma después de la sinterización la capa intermedia del componente absorbente de neutrones.

El material en la parte intermedia forma, después de la sinterización, la capa intermedia del componente absorbente de neutrones.

De acuerdo con una realización de la invención, la parte intermedia está dividida en divisiones de al menos una tubería intermedia, en donde las divisiones se alimentan con mezclas de diferente proporción entre la concentración del primer material y el segundo material. Dividiendo la parte intermedia del espacio en dos o más divisiones, la composición del primer y segundo material en las divisiones está dispuesta de modo que la capa intermedia formada después de la sinterización recibe un gradiente de material que proporciona una buena adhesión de la capa al núcleo.

Breve descripción de los dibujos

La invención se explicará ahora con más detalle mediante la descripción de las diferentes realizaciones de la invención y con referencia a los dibujos adjuntos.

La Fig. 1 divulga una sección transversal de un componente absorbente de neutrones de acuerdo con una realización de la invención en una vista observada desde el lateral.

Las Fig. 2 a 5 divulgan diagramas con diferentes ejemplos de concentración de material de una sección transversal de un componente absorbente de neutrones.

La Fig. 6 divulga una vista en perspectiva de un ejemplo de una barra de control en un reactor de agua en ebullición.

La Fig. 7 divulga una vista en perspectiva de un ejemplo de una barra de control en un reactor de agua a presión.

La Fig. 8 divulga una sección transversal de una herramienta para alimentar material para sinterización.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención

La Figura 1 divulga un ejemplo de un componente absorbente de neutrones 1, en lo que sigue denotado el componente, de acuerdo con una realización de la invención, en una vista en sección transversal observada desde el lateral. El componente 1 en la figura 1 tiene una forma cilíndrica, con el centro de la base del cilindro en 0 y la superficie envolvente del cilindro en R, a lo largo de un eje x. También son posibles otras formas del componente 1, tal como rectangular, cuadrada, esférica, etc.

El componente 1 comprende un núcleo 2 que consiste en un primer material y una capa 3 que consiste en un segundo material. El núcleo 2 del componente comprende un material absorbente de neutrones dispuesto para absorber neutrones, por ejemplo con el fin de controlar la reactividad en un reactor de fisión, tal como reactores de agua en ebullición y reactores de agua a presión. La capa 3 del componente rodea completamente, en el ejemplo divulgado en la figura 1, el núcleo 2, y protege el núcleo 2 de una zona externa circundante. La capa 3 comprende el segundo material que posee propiedades protectoras, tal como resistencia a la corrosión e impermeabilidad a sustancias en estado gaseoso. El componente 1 se fabrica mediante sinterización, de tal manera que se forma una capa intermedia 4 entre el núcleo 2 y la capa 3. La capa intermedia 4 comprende tanto el primer material como el segundo material. La capa intermedia 4 tiene un gradiente de material, que comprende una disminución de la concentración del primer material, del núcleo 2 a la capa 3 y un aumento de la concentración del segundo material del núcleo 2 a la capa 3. La capa intermedia 4 forma una transición entre el núcleo 2 y la capa 3, de modo que las propiedades del material del primer material se transfieren a las propiedades del segundo material y viceversa. De esta manera, se obtiene una buena adhesión entre el núcleo 2 y la capa 3.

Las figuras 2 a 5 divulgan ejemplos de la concentración de material de una sección transversal de un componente absorbente de neutrones. El eje x en las figuras es un eje dimensional, donde 0 denota el centro del componente y R denota la periferia exterior del componente. El eje y de las figuras denota la concentración de material para el componente, en porcentaje, para el primer material, aquí denotado A y marcado con una línea de puntos, y el segundo material, aquí denotado B y marcado con una línea continua. En las figuras, el núcleo 2, la capa intermedia 4 y la capa 3 están dibujados a lo largo del eje x de las figuras.

La figura 2 divulga un ejemplo de una variación en la concentración de material dentro de un componente absorbente de neutrones, donde la capa intermedia 4 entre el núcleo 2 y la capa 3 tiene un gradiente de material que comprende una disminución escalonada de una concentración de un primer material del núcleo a la capa y un aumento escalonado de la concentración del segundo material del núcleo a la capa. En el ejemplo mostrado en la figura 2, ocurre una disminución de la concentración del primer material del núcleo 2 a la capa intermedia 4 de una manera escalonada, donde la concentración del primer material disminuye de esencialmente 100 % en el núcleo 2 a esencialmente 50 % en la capa intermedia 4. La concentración del primer material es constante dentro de la capa intermedia 4. Además, ocurre una disminución de la concentración de un primer material de la capa intermedia 4 a la capa 3 de forma escalonada desde esencialmente 50 % hasta esencialmente 0 %. Justo del revés, ocurre un aumento de la concentración del segundo material del núcleo 2 a la capa intermedia 4 de una manera escalonada, donde la concentración del segundo material aumenta de principalmente 0 % en el núcleo a esencialmente 50 % en la capa intermedia. La concentración del segundo material es constante dentro de la capa intermedia 4. Además, ocurre un aumento de la concentración del segundo material desde la capa intermedia a la capa de forma escalonada desde esencialmente el 50 % hasta esencialmente el 100 %.

La figura 3 divulga, del mismo modo que la figura 2, un ejemplo de una variación escalonada de la concentración de material dentro de un componente absorbente de neutrones, con la diferencia de que la capa intermedia 4 comprende dos áreas de concentración, una primera área de concentración 41 y una segunda área de concentración 42, con diferentes concentraciones del primer material y el segundo material. La concentración del primer material y el segundo material es constante dentro de la primera área de concentración 41 y la segunda área de concentración 42. En el ejemplo en la figura 3, ocurre una disminución de la concentración del primer material del núcleo 2 a la capa intermedia 4 de una manera escalonada, donde la concentración de un primer material disminuye de esencialmente 100 % en el núcleo 2 a esencialmente el 70 % en la primera área de concentración 41 de la capa intermedia 4. Dentro de la capa intermedia 4 ocurre una disminución escalonada de la concentración del primer material de la primera área de concentración 41 a la segunda área de concentración 42, de esencialmente el 70 % a esencialmente el 30 %. Ocurre una disminución escalonada de la concentración del primer material de la segunda área de concentración 42 de la capa intermedia 4 a la capa 3, de esencialmente el 30 % a esencialmente el 0 %. Justo del revés, ocurre un aumento de la concentración del segundo material del núcleo 2 a la capa intermedia 4. La figura 4 divulga un ejemplo de una variación de la concentración de material dentro de un componente absorbente de neutrones, donde la capa intermedia 4 entre el núcleo 2 y la capa 3 tiene un gradiente de material que comprende una disminución sucesiva de la concentración de un primer material del núcleo a la capa, y un aumento sucesivo de la concentración del segundo material del núcleo a la capa. Dentro de la capa intermedia 4, del núcleo 2 a la capa 3, ocurre una disminución proporcional constante de la concentración del primer material, de esencialmente el 100% a esencialmente el 0%. Justo del revés, ocurre un aumento de la concentración del segundo material dentro de la capa intermedia, del núcleo 2 a la capa 3, de esencialmente 0 % a esencialmente 100 %.

La figura 5 divulga un ejemplo de una variación de la concentración de material dentro de un componente absorbente de neutrones, donde la capa intermedia 4 entre el núcleo 2 y la capa 3 tiene un gradiente de material que comprende una disminución sucesiva de la concentración de un primer material del núcleo 2 a la capa 3, y un aumento sucesivo de la concentración de un segundo material del núcleo 2 a la capa 3. En el ejemplo en la figura 5, ocurre una disminución de una concentración de un primer material desde el núcleo 2 a la capa intermedia 4 de una manera sucesiva. Dentro de la capa intermedia 4, ocurre una disminución gradual de la concentración de un primer material, de esencialmente el 100 % a esencialmente el 0 %. La transición entre el núcleo 2 y la capa 3 puede ocurrir por ejemplo de una manera no lineal. Justo del revés, ocurre un aumento de una concentración del segundo material del núcleo 2. En el ejemplo divulgado, la capa intermedia 4 forma una parte principal de un componente, mientras que el núcleo 2 y la capa 3 forman partes minoritarias de un componente.

La figura 6 divulga un ejemplo de una barra de control 70 en una vista en perspectiva en un reactor de agua en ebullición. La barra de control 70 puede construirse a partir de una o más láminas formadas de componentes absorbentes de neutrones 71 con un núcleo 2 que está parcialmente rodeado por una capa 3. En el ejemplo divulgado, la barra de control 70 comprende cuatro láminas formadas de componentes absorbentes de neutrones 71. Los componentes 71 están fijados entre sí y forman la forma de cruz que está fijada al dispositivo de fijación 72. Los dispositivos de control en el reactor, no mostrados en la figura, están fijados al dispositivo de fijación 72 para controlar en qué grado la barra de control 70 está insertada en el reactor.

La figura 7 divulga un ejemplo de una barra de control 80 en una vista en perspectiva en un reactor de agua a presión. La barra de control 80 puede construirse a partir de uno o más componentes absorbentes de neutrones 81 cilíndricos con un núcleo 2 que está parcialmente rodeado por una capa 3. En el ejemplo divulgado, la barra de control 80 comprende un componente absorbente de neutrones 81 cilíndrico. El componente cilíndrico 81 está fijado en un dispositivo de fijación 82. Los dispositivos de control en el reactor, no divulgados en la figura, están fijados al dispositivo de fijación 82 para posibilitar que la barra de control 80 se inserte en el reactor.

La figura 8 divulga una sección transversal de un ejemplo de una herramienta para fabricar el componente absorbente de neutrones. La herramienta divulgada puede usarse en cualquier método de sinterización adecuado para fabricar el componente absorbente de neutrones. Los ejemplos de métodos de sinterización adecuados que pueden usarse para la invención son una técnica de sinterización clásica, sinterización a presión atmosférica y temperatura elevada, Compresión Isostática en Frío, Compresión Isostática en Caliente, Sinterización por Descarga de Plasma, etc.

La herramienta para el método comprende una parte de herramienta con un espacio dispuesto para alimentar con material para sinterización. La parte de la herramienta comprende un elemento envolvente 91. El elemento envolvente 91 rodea el espacio mencionado anteriormente. El espacio de la herramienta está dividido por una tubería interna 98, que crea una parte interna 99, en la que se alimenta el primer material, que después de la sinterización forma el núcleo 2 del componente. El espacio de la herramienta está dividido también por una tubería exterior 94, que forma una parte exterior 93, en la que se alimenta el segundo material, que después de la sinterización forma la capa 3 del componente. Entre la tubería externa 94 y la tubería interna 98 se forma una parte intermedia 95, en la que puede alimentarse una mezcla del primer material y el segundo material, que después de la sinterización forma la capa intermedia 4 del componente. Con tal disposición de la herramienta, puede conseguirse un componente con la variación de la concentración de material de la figura 2, por ejemplo.

En el ejemplo en la figura 8, la parte intermedia 95 está dividida en divisiones de una tubería intermedia 96. Las divisiones en la parte intermedia 95 se alimentan con mezclas de diferentes proporciones entre la concentración del primer material y el segundo material. Las mezclas se disponen de tal modo que la capa formada después de la sinterización obtenga un gradiente de material que comprende una disminución de la concentración de un primer material del núcleo 2 a la capa 3 y un aumento de una concentración del segundo material del núcleo 2 a la capa 3, por ejemplo como se muestra en la figura 3.

Mediante la vibración mencionada anteriormente del primer y el segundo materiales, puede conseguirse la variación de la concentración del material como se muestra en la figura 4 y la figura 5 también mediante una disposición de herramienta como la que se muestra en la figura 8

En una realización de la invención, las tuberías 94, 96, 98 divulgadas en la figura 8 se extraen del espacio de la herramienta antes de que el material en el espacio de la herramienta se haya sinterizado junto con el componente absorbente de neutrones. Como alternativa, el material en el espacio de la herramienta puede unirse adicionalmente antes de la sinterización haciendo vibrar la herramienta.

En una realización de la invención, las tuberías 94, 96, 98 divulgadas en la figura 8 comprenden un material que se evapora durante el método de sinterización. De esta manera, las tuberías 94, 96, 98 pueden permanecer en el espacio de la herramienta durante el método de sinterización sin afectar a la composición cerámica del componente absorbente de neutrones.

En una realización de la invención, las tuberías 94, 96, 98 divulgadas en la figura 8 están situadas de modo que se forma una distancia con el fondo del espacio de la herramienta. De esta manera, el segundo material puede alimentarse al espacio de la herramienta de modo que rodee completamente el primer material.

La invención no está limitada a las realizaciones divulgadas, sino que puede modificarse y variarse dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Componente absorbente de neutrones (1), que comprende un núcleo (2) que consiste en un primer material y una capa (3) que consiste en un segundo material, en donde la capa (3) rodea al menos parcialmente el núcleo (2) y está adaptada para proteger el núcleo (2) de una zona externa circundante, en donde el primer material tiene una mayor capacidad de absorción de neutrones que el segundo material, caracterizado por que el componente (1) está adaptado para usarlo en reactores de fisión, por que el componente absorbente de neutrones (1) comprende una capa intermedia (4) entre el núcleo (2) y la capa (3), por que la capa intermedia (4) comprende el primer material y el segundo material, y por que la capa intermedia (4) tiene un gradiente de material que comprende una disminución de la concentración del primer material del núcleo (2) a la capa (3) y un aumento de la concentración del segundo material del núcleo (2) a la capa (3).

2. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el gradiente de material comprende una disminución sucesiva de la concentración del primer material del núcleo (2) a la capa (3) y un aumento sucesivo de la concentración del segundo material del núcleo (2) a la capa (3).

3. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa (3) es esencialmente impermeable a sustancias en estado gaseoso, al menos helio.

4. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa (3) es esencialmente resistente a la corrosión en un entorno del reactor de fisión.

5. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa (3) tiene una porosidad con un volumen de poros total que es mayor que o igual a cero, y por que el núcleo (2) tiene una porosidad con un volumen de poros total que es mayor que cero, en donde el volumen de poros de la porosidad en la capa (3) es considerablemente menor que el volumen de poros de la porosidad en el núcleo (2).

6. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa (3) comprende al menos uno de un material metálico y un material cerámico.

7. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa (3) consiste en al menos una sustancia seleccionada del grupo de Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrO2, AhO3 y una mezcla de los mismo y un posible equilibrio.

8. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el núcleo (2) consiste en al menos una sustancia seleccionada del grupo de Hf, B, in, Cd, Hg, Ag, Gd, Er, BxCy, BxNy, BxOy y una mezcla de los mismos y un posible equilibrio.

9. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el componente (1) está adaptado para localizarse en una barra de control, en donde la capa (3) rodea completamente el núcleo (2).

10. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la barra de control está dispuesta para usarla en un reactor de fisión de agua ligera del tipo reactor de agua en ebullición.

11. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que la barra de control está construida a partir de al menos una lámina formada por un componente absorbente de neutrones.

12. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la barra de control está dispuesta para usarla en un reactor de fisión de agua ligera de tipo reactor de agua a presión.

13. Componente absorbente de neutrones (1) de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que la barra de control está construida a partir de al menos un componente absorbente de neutrones de forma cilíndrica.

14. Método para fabricar un componente absorbente de neutrones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el método comprende las etapas de:

alimentar el primer material en forma de polvo y el segundo material en forma de polvo a un espacio de una herramienta, de tal modo que el segundo material rodee al menos parcialmente al primer material, sinterizar juntos el primer material y el segundo material al componente absorbente de neutrones, de modo que se forme la capa intermedia entre el núcleo y la capa,

en donde, al alimentar el primer material y el segundo material, se forma una zona intermedia entre una parte interna del espacio y una parte externa del espacio, y en donde la zona intermedia comprende una disminución de la concentración del primer material de la parte interna del espacio a la parte externa del espacio y un aumento de la concentración del segundo material de la parte interna del espacio a la parte externa del espacio.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el espacio se hace vibrar de tal modo que el primer material y el segundo material se unen y forman la zona intermedia.

16. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15, en donde el espacio está dividido por una tubería interna que comprende la parte interna, el espacio está dividido por una tubería externa que comprende la parte externa, en donde se forma una parte intermedia entre la tubería externa y la tubería interna, y la parte intermedia se alimenta con una mezcla del primer y el segundo materiales para formar la zona intermedia.

17. Método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde la parte intermedia está dividida en divisiones de al menos una tubería localizada de forma intermedia, en donde las divisiones se alimentan con mezclas de diferentes proporciones entre la concentración del primer material y el segundo material.