FI82319B - Styrstav foer kaernreaktorer. - Google Patents

Description

Ydinreaktorin säätösauva 1 82 3.19

Keksinnön kohteena on ydinreaktoreiden säätösauva, joka käsittää useita pitkänomaisia absorptiolevyjä, jotka jokainen on varustettu usealla kanavalla, jotka ulottuvat pääasiassa kohtisuoraan absorbaattorilevyjen pitkittäissuuntaan, ja sisältää jauhemaista boorikarbidia tai muuta jauhemaista ja säteilyn yhteydessä kaasua luovuttavaa ja turpoavaa absorbaattoriainetta ja on hermeettisesti erotettu säätö-sauvan ympäristöstä absorbaattorilevyn pitkittäisen reunan sovitetulla reunaosalla, joka käsittää kaasutiiviin reunan ja tämän sisälle sovitetun, pitkittäisen tilan, joka on avoimessa yhteydessä sekä sallii kaasuvirtauksen absorbaattorilevyn eri kanavien välillä. Tällainen säätösauva on tunnettu patenttijulkaisusta SE-225 556.

SE-patenttijulkaisun mukaisesti reunaosa käsittää ulospäin suljetun pitkittäisen uran absorbaattorilevyssä, johon pitkittäinen kisko on sovitettu vasten kanavien suita uran pohjassa.

Kun boorikarbidia säteilytetään muodostuu heliumkaasua. Koska säätösauvan absorbaattorilevyjä ei säteilytetä tasaisesti on aikaansaatu kaasumäärä eri eri kanavissa joissa on absorbaattoriainetta. Yllä selostetussa tunnetussa säätösauvassa aikaansaadaan saavutettujen kaasupaineiden tasoitus eri kanavissa siten, että kanavat kuten mainittu ovat suljetut reunaosalla, joka sallii kaasuvirtauksen eri kanavien välillä.

Boorikarbidin toinen ominaisuus on se, että se turpoaa sitä säteilytettäessä. Keksintö perustuu siihen, että ohjaussauvan ikää voidaan pidentää huomattavasti mikäli ryhdytään toimenpiteisiin turpoamisen vaikutusten vastustamiseksi.

Iän pidentäminen on hyvin tärkeää. . Se ei ainoastaan merkitse pienempiä kustannuksia uusien säätösauvojen muodossa, vaan myös pienempiä kuluja käytettyjen säätösauvojen käsittelyn ja säilytyksen osalta.

2 82319

Kanavan absorbaattoriaineen turpoaminen voi aiheuttaa jännityskorroosiota rakenneaineeseen siinä kanavassa, joka ympäröi absorbaattoriainetta, so. siinä aineessa josta säätösauva on tehty. Jännityskorroosion aiheuttamien halkeamien riski rakenneaineessa on sitä suurempi mitä suurempi säteily ja täten absorbaattoriaineen turpoaminen on. Mikäli halkeama muodostuu kanavaan aikaansaadaan boori-karbidin kuljetus kanavasta siten, että boorikarbidi poistuu kanavasta.

Sitä paitsi esiintyy absorbaattoriaineen kuljetus toisista vierekkäisistä vaurioitumattomista kanavista, etenkin alueelta joka sijaitsee lähinnä reunaosaa siksi, että reunaosa ei tehokkaasti ehkäise nesteen kuljetusta vaurioituneesta kanavasta vaurioitumattomaan kanavaan ja siten kuljetus yhdessä absorbaattoriaineen kanssa vaurioi-tumattomasta kanavasta vaurioitettuun kanavaan ja siitä ympäristöön.

Keksinnön mukaisesti vältetään tai vastustetaan huomattavasti mainittu jauhemaisen absorbaattoriaineen kuljetus siten, että jauhemaisen absorbaattorin ja reunaosan välille useaan kanavaan on sovitettu hafniumia tai muuta metallista absorbaattoriainetta oleva kappale, joka muodostaa itsensä ja kanavan sisäseinän väliin raon, joka sallii kaasuvirtauk-sen, mutta joka on pienempi kuin ainakin pääosa jauhemaisen absorbaattoriaineen rakeista. Kanavien ja mainitun kappaleen halkileikkaus on edullisesti pyöreä ja kappale on edullisesti ympyrälieriön muotoinen.

• - Absorbaattoriaineen kuljetusta voidaan vastustaa tehokkaasti keksinnön mukaisesti käyttämällä ennalta määrätyn leveyden omaavaa rakoa kanavan ja kappaleen, joka on metallista absorbaattoriainetta, välillä, joka voidaan aikaansaadci muuttamatta säätösauvan ulkoisia mittoja tai sen neutroniabsorboivaa kapasiteettia vähentämättä oleellisesti. Tällaisen kuljetuksen ehkäiseminen ainoastaan hyödyntämällä reunaosaa vaatisi ylimääräistä, hyvin aikaa vievää työvaihetta puristus- ja 3 82319 hitsaustoimintojen aikana, jotka esiintyvät valmistuksen yhteydessä, ja olisivat sitä paitsi hyvin epävarmoja johtuen niiden toiminnan luonteesta.

Jauhemaisessa absorbaattoriaineessa on ainakin 50 % rakeista halkaisijaltaan suuremmat kuin 0,13 mm.

Kanavan sisäseinän ja kappaleen, jcka on metallista absorbaat-toriainetta, välinen rako (etäisyys kanavan sisäseinästä kappaleen pintaan suunnassa, joka on kohtisuoraan kanavan pitkittäissuuntaan) on edullisesti 0,01-0,13 mm. Mikäli kanavan ja kappaleen poikkileikkaus on ympyränmuotoinen, on kappaleen halkaisija edullisesti 0,01-0,13 mm pienempi kuin kanavan halkaisija. Kappaleen pituus on edullisesti 5-25 mm.

Keksintöä selostetaan lähemmin esimerkin avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 on keksinnön sivukuvanto osittain leikattuna absorbaattorilevyjen pitkittäissuunnassa ja kuvio 2 on keksinnön mukaisen säätösauvan poikkileikkaus.

Kuviossa 3 esitetään säätösauvan keskiölinjan kanssa yhdensuuntaista poikkileikkausta absorbaattorilevystä tämän säätösauvan keskiölinjasta poispäin käännetyn reunan sisäpuolella ja kuviot 4 ja 5 esittävät tätä vastaan kohtisuoria leikkauksia.

Kuvioissa 1 ja 2 esitetty säätösauva on pääasiassa tehty ruostumattomasta teräksestä ja muodostuu pystysuoraan sovitetusta kytkentäsauvasta 11, jota kannattaa absorbaattoriosa 12. Absorbaattoriosa muodostuu neljästä pitkänomaisesta absorbaattorilevystä 13-16, jotka muodostavat suorakulmaisen ristin, jonka keskiölinja yhtyy kytkentäsauvan keskilinjaan. Absorbaattorilevyt sijaitsevat säätösauvan keskustassa, ja ne on varustettu urilla 17,ja ulokkeilla 27 ja ovat ulokkeiden kohdalla yhteen hitsatut toisiinsa ja ulokkeiden vieressä olevalla tukevalla palikalla jolla on neliönmuotoinen 4 82319 poikkileikkaus. Levyt, joiden paksuus on 8 mm, ovat varustetut usealla poratulla kanavalla 18 (18a-c), joiden halkaisija on 6 mm ja syvyys 100 mm. Kahden vierekkäisen reiän manttelipintojen välinen etäisyys on 2 mm. Ylimmät kanavat 18a, joihin kohdistuu eniten säteilyä, ovat täytetyt sauvoilla, jotka ovat hafniummetallia, ja pituudeltaan yhtä pitkät kuin kanavat. Hafnium ei turpoa sitä säteilytettäessä.

Tämän alla sovitetut kanavat 18b ovat täytetyt jauhemaisella fluorikarbidilla 20 lukuunottamatta ulointa osaa, joka on täytetty lieriömäisellä kappaleella 21, joka on hafniummetallia. Boorikarbidi muodostuu ainakin 50 %:sesti rakeista, joiden raekoko on suurempi kuin 0,13 mm. Kappaleen 21 halkaisija on 0,06 mm pienempi kuin kanavan halkaisija, ja pituudeltaan 15 mm. Alimmat kanavat 18c, joissa säteily on pieni, ovat täysin täytetyt jauhemaisella boorikarbidilla 20, joka on yllä mainittua lajia. Jokaisen absorbaattori-levyn kauas keskiölinjasta poispäin käännetty reuna on varustettu uralla 22, johon on sovitettu kisko 23. Kisko on ainakin yläosassaan edullisesti hafniummetallia. Se voi myös kokonaan tai ainakin alaosaltaan olla esimerkiksi ruostumatonta terästä. Kiskon sovittaminen uraan ja uran sulkeminen selitetään lähemmin alla kuvioiden 3-5 selostuksen yhteydessä. Säätösauvan ohjaamiseksi suhteellisen kapeissa - raoissa reaktorin polttoainesäiliöiden välillä on se ylä- päässään varustettu ohjaustyynyillä 24, jotka on valmistettu Inconel'ista. Se oh sitäpaitsi varustettu nostokähvoilla 25 sauvan käsittelemiseksi sitä asennettaessa ja vaihdettaessa. Sauva on varustettu alaosastaan kytkentäpäällä 26 jonka kautta sauva on yhdistettävissä käyttömekanismiin (ohjauslaite) .

Kuviossa 3 esitetään osa kanavista 18b absorbaattorilevyssä 15 sekä ura 22, joka esimerkkitapauksessa on 5,5 mm leveä koko pituudeltaan. Kuten lähemmin selviää kuviosta 4 ja 5 on absorbaattorilevy varustettu reunaosalla 30, joka käsittää kaasutiiviin reunan 31, tämän sisäpuolelle sovitetun pitkittäisen tilan 32 ja uraan 22 sovitetun pitkittäisen kiskon 23, jonka leveys on sama kuin uran, ja joka on varustettu 5 82319 pitkittäisellä painaumalla 33, joka muodostaa tilan 32 rajoittavan seinän. Kisko ei täysin peitä kanavien suita 34 uran pohjassa koska sen leveys on pienempi kuin kanavien halkaisija, joka, kuten aiemmin mainittiin, on 6 mm esimerkkitapauksessa. Siksi muodostuu rako 35 kiskon ja uran sivuseinien välille, jossa kanavat sijaitsevat, mutta ei sinne, jossa uran sivuseinät sijaitsevat vasten kiskoa osissa 38 (kuvio 3), jossa ei esiinny porattuja kanavia ja uran sivuseinämät siksi ovat paksumpia. Kanavat 18b, kuten kanavat 18a ja kanavat 18c ovat rakojen 35 kautta suorassa yhteydessä tilaan 32 siten, että säteily-tettäessä jauhemaista absorbaattoriainetta muodostunut kaasu voi virrata eri kanavien välillä levyssä ja paineen-tasaus saavutetaan. Kappaleen 21, joka on hafniummetallia, ja kanavan 18b sisäseinämän välinen rako 36 sallii kaasuvir-tauksen mutta ehkäisee tai estää oleellisesti absorbaattori-aineen samanaikaista kuljetusta kanavasta. Täten estetään tai vastustetaan absorbaattoriaineen kuljetus vaurioittumat-tomasta kanavasta kanavaan, jossa on halkeama ja tästä säätösauvan ympäristöön. Rako 36 (etäisyys kanavan 18b sisäseinämästä kappaleen 21 pintaan) on siten kapeampi kuin rako 35 (etäisyys reunan 35 sisäseinämästä kiskon 23 pintaan :· tilan 32 vieressä) ja sitäpaitsi pitempi. Rako 36 on myös kapeampi kuin tilan 32 poikkileikkaus, s.o. kapeampi kuin reunaosassa sijaitsevat kaasujen kuljetustuet.

Absorbaattorilevyä valmistettaessa porataan kanavat 18 pitkittäisestä reunasta taso-yhdensuuntaisella levyllä.

Tämän jälkeen sorvataan ura 22. Kanavien täytön jälkeen absorbaattoriaineella sovitetaan kiekko 23 uraan sekä puristetaan uran alkujaan suorat 'sivuseinämät vasten kiskoa ja hitsataan päätypinnat täten muodostaen kaasutiiviin reunan : 31. Hitsisauma on esitetty numerolla 37. Ura on myös päissään absorbaattorilevyn huipussa ja pohjassa suljettu hitsisaumoilla.

Keksintöä on selostettu yllä lähemmin käyttäen boorikarbidia jauhemaisena absorbaattoriaineena ja hafniumia metallisena 6 82319 absorbaattorlaineena. Keksintöä voidaan käyttää myös käyttäen muita tunnettuja jauhemaisia absorbaattoriaineita, kuten europiumoksidin muodossa tai muita yhdisteitä ja tunnettuja metallisia absorbaattoriaineita/ kuten hopea-indium-kadmiumlegeerinkiä (80 % Ag, 15 % In, 5 % Cd) ja ruostumatonta booriterästä.

Claims (7)

7 82319

1. Ydinreaktoreiden säätösauva, joka käsittää useita pitkittäisiä absorbaattorilevyjä (13-16), jotka kukin on varustettu usealla kanavalla, jotka ulottuvat pääasiassa kohtisuoraan absorbaattorilevyjen pitkittäissuuntaan, ja sisältävät jauhemaista boorikarbidia tai muuta jauhemaista ja säteilytettäessä kaasua luovuttavaa ja turpoavaa absor-baattoriainetta (20) ja on hermeettisesti erotettu säätö-sauvan ympäristöstä absorbaattorilevyjen pitkittäisellä reunalla (31) sijaitsevalla reunaosalla (30), joka käsittää kaasutiiviin reunan (31) ja tämän sisälle sovitetun pitkittäisen tilan (32) , joka on avoimessa yhteydessä ja sallii kaasuvir-tauksen absorbaattorilevyn eri kanavien välillä, tunnet- t u siitä, että jauhemaisen absorbaattoriaineen ja reunaosan välille on useassa kanavassa (18b) sovitettu hafniumia tai muuta metallista absorbaattoriainetta oleva kappale (21), joka itsensä ja kanavan sisäseinän väliin muodostaa raon (36), joka sallii kaasuvirtauksen, mutta joka on pienempi kuin ainakin pääosa jauhemaisen absorbaattoriaineen rakeista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätösauva, tunnettu siitä, että kanavat (18b) ja metallista absorbaattoriainetta oleva kappale (21) ovat halkileikkaukseltaan pyöreät.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen säätösauva, tunnet-t u siitä, että metallista absorbaattoriainetta oleva kappale (21) on ympyrälieriömäinen muodoltaan.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen säätösauva, tunnettu siitä, että reunaosa (30) esittää ulospäin suljetun uran (22) absorbaattorilevyssä siten, että kanavien (18b) suut sijaitsevat uran pohjassa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen säätösauva, tunnet-t u siitä, että pitkittäinen kisko (23) on sovitettu uraan pitkittäisen tilan (32) ja kanavien (18b) välillä kuitenkin : peittämättä kanavien koko suuta urassa. 8 82319

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen säätösauva, tunnettu siitä, että kisko (23) ainakin osapituudeltaan on hafniumia tai muuta metallista absorbaattoriainetta.

7. Jonkin patenttivaatimusten 1-6 mukainen säätösauva, tunnettu siitä, että pitkittäinen reuna (31) muodostaa sauvan keskeltä ulospäin käännetyn reunan absor-baattorilevyllä. Il 9 82319