FI94002B - Sintrattu neutroneja absorboiva monikidekappale, kappaleista koostuva säätösauva vesijäähdytteiseen ydinreaktoriin sekä menetelmä sintratun kappaleen valmistamiseksi - Google Patents

Description

94002

Sintrattu neutroneja absorboiva monikidekappale, kappaleista koostuva säätösauva vesijäähdytteiseen ydinreaktoriin sekä menetelmä sintratun kappaleen valmistamiseksi 5 Keksinnön kohteena on sintrattu neutroneja absor boiva monikidekappale, kappaleista koostuva säätösauva vesijäähdytteiseen ydinreaktoriin sekä menetelmä sintratun kappaleen valmistamiseksi.

Tämä keksintö koskee sintratun monikidekappaleen, 10 joka sisältää lantanideihin kuuluvan harvinaisen maametal-lin oksidia, valmistusta. Sintrattu kappale on neutroneja absorboiva materiaali, joka voidaan tehdä veden aiheuttamaa syövytystä kestäväksi ja joka on erityisen käyttökelpoinen säätösauvojen materiaalina vesijäähdytteisissä 15 ydinreaktoreissa.

ydinreaktorissa £issiokelpoinen materiaali eli ydinpolttoaine suljetaan säiliöön polttoaine-elementin • muodostamiseksi. Polttoaine-elementit kootaan yhteen ris tikkoon määrätyille etäisyyksille toisistaan jäähdytysai-20 neen virtauskanavassa tai -vyöhykkeellä, jolloin muodostuu polttoainenippu, ja riittävä määrä polttoainenippuja yhdistetään, jolloin muodostuu ydinfissiokelpoinen ketju-reagoiva panos eli reaktorin ydin, joka kykenee itsensä ylläpitävään fissioreaktioon. Ydin suljetaan reaktorin 25 paineastian sisään, jonka läpi johdetaan jäähdytysainetta.

Säätösauvoja käytetään ydinreaktoreissa energian tuotannon tason säätelemiseen siirtämällä niitä reaktorin ytimessä jäähdytysaineeseen ja siitä pois tarpeen mukaan. Ne koostuvat yleensä säätösauvamateriaalista, joka on si-. 30 joitettu suojaavan metallikuoren sisään. Ollakseen tehokas säätösauvojen materiaalin täytyy olla neutroneja absorboiva. Metallinen suojakuori on käyttöolosuhteissa suurin piirtein stabiilia materiaalia, jonka tehtävänä on estää säätösauvamateriaalin ja jäähdytysnesteen joutuminen kos-35 ketuksiin keskenään.

94002 2

Nykyisin ydinreaktoreiden säätösauvojen materiaalina käytetään boorikarbidia. Sen haittapuolena on se, että η,α-reaktion seurauksena neutronin kaappauksen aikana muodostuu heliumia. Boori-10 osallistuu vain yhteen neutronin 5 kaappaukseen, mikä tekee isotoopin sitten tehottomaksi absorboijana. Tämä rajoittaa boorikarbidin käyttökelpoisuutta kestokäyttöisissä säätösauvanipuissa.

Monet lantanidioksidit (erityisesti Eu:n, Er:n, Sm:n, Gd:n ja Dy:n oksidit) ovat kiinnostavia boorikarbi-10 din korvaajina pitkään käytettävissä säätöelementeissä. Yksikään näistä alkuaineista, joilla on suuri atomimassa on suuri, ei muodosta heliumia neutronien kaappauksen aikana. Kaikilla näillä lantanideilla on monia stabiileja isotooppeja, jotka muuttuvat toiseksi tehokkaaksi neutro-15 nin absorboijaksi η,γ-kaappausreaktion jälkeen. Tämä turvaa pitemmän käytön kestosäätösauvanipuissa. Eräs näiden oksidien mahdollinen haittapuoli on kuitenkin niiden potentiaalinen reaktiivisuus veden kanssa, joissa reaktioissa muodostuu hydroksideja. Jos säätösauvan suojakuori käy 20 tehottomaksi, on mahdollista, että oksidi puuttuu säätö-sauvasta tai hydroksidien muodostumisen seurauksena tapahtuva turpoaminen muuttaa säätösauvan muotoa. Olisi toivottavaa, että olisi käytettävissä lantanidioksidikoostumus, • · joka kestäisi paremmin veden aiheuttamaa syövytystä.

25 Tässä keksinnössä ryhmään 4Ά kuuluvan metallin, joita ovat hafnium, zirkonium ja titaani, oksidin lisäys lantanidioksidiin parantaa huomattavasti niiden resistenssiä veden aiheuttaman korroosion suhteen. Uudet koostumukset ovat potentiaalisia pitkäikäisiä nykyisen boorikarbi-*30 din korvaajia säätösauvojen materiaalina.

Lyhyesti ilmaistuna tämän keksinnön mukainen menetelmä käsittää vaiheet - lantanideihin kuuluvan harvinaisen maametallin oksidin, joka voi olla dysprosiumoksidi, erbiumoksidi, eu-35 ropiumoksidi, gadoliniumoksidi, samariumoksidi tai niiden 3 94002 yhdistelmä, ja veden suhteen stabiloivan oksidin, joka on valittu 4A-ryhmän metallioksideista, hiukkasten seoksen muodostaminen;

- seoksen tiivistäminen kappaleeksi; ja 5 - tiivistetyn kappaleen sintraaminen 1500 - 2000°C

lämpötilassa.

Tämän keksinnön mukainen sintrattu kappale on moni-kidemateriaali, joka koostuu rakeista, joilla on harvinaisten maametallien oksideille tyypillinen kuutiollinen 10 rakenne, jonka vahvistaa röntgendiffraktioanalyysi. Keksinnön mukaiselle sintratulle monikidekappaleelle ja sää-tösauvalle on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Tämän keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa to-15 teutusmuodossa muodostetaan ryhmään 4A kuuluvan metallin oksidin, joka saa aikaan resistenssin veden aiheuttaman korroosion suhteen, ja lantanidioksidin seos. Korroosionkestävyyden antavan metallioksidin määrä seoksessa voi vaihdella noin 10 paino-%:sta noin 25 paino-%:iin, edul-20 lisesti runsaasta 10 paino-%:sta vajaaseen 20 paino-%:iin, ja on edullisimmin noin 12 paino-%. Noin 10 paino-%:n alapuolella olevat määrät korroosionkestävyyden antavia me-: · tallioksideja eivät tee keraamista materiaalia riittävän resistentiksi veden aiheuttamalle korroosiolle, jotta se 25 olisi käyttökelpoinen säätösauvojen materiaalina vesijäähdytteisessä ydinreaktorissa. Noin 25 paino-%:n yläpuolella olevat määrät stabiloivaa metallioksidia eivät tuota tulokseksi tämän keksinnön mukaista keraamista kappaletta, joka koostuu rakeista, joilla on harvinaisten maametallien 30 oksideille tyypillinen kuutiollinen rakenne. Sekä hafnium-oksidi että tässä mainitut lantanidioksidit ovat tällä alalla neutroneja absorboivina aineina tunnettuja. Näiden lantanidioksidien kyky absorboida neutroneja on kuitenkin merkittävästi tai huomattavasti suurempi kuin hafniumok-35 sidin, joka on edullinen korroosionkestävyyden antava ai- 94002 4 ne. Mitä suurempi aineen neutronin absorptiokyky on, sitä tehokkaampi se on säätösauvamateriaalina. Hafniumoksidin määrän kasvaessa tämän keksinnön mukaisessa sintratussa kappaleessa kappaleen kyky absorboida neutroneja heikke-5 nee. Sintratun kappaleen, joka sisältää olennaisesti enemmän kuin noin 25 paino-% hafniumoksidia, kyky absorboida neutroneja on merkittävästi tai huomattavasti heikentynyt.

Eräs edullinen tämän keksinnön mukainen suoritusmuoto sisältää seoksen, joka koostuu europiumoksidin, jon-10 ka määrä on noin 15-20 paino-%, dysprosiumoksidin, jonka määrä on noin 50-75 paino-%, ja hafniumoksidin, jonka määrä on noin 10-25 paino-%, yhdistelmästä.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävät ryhmään 4A kuuluvien metallien oksidit ja lantanidioksidit 15 ovat sintrauskelpoisia jauheita. Niiden ominaispinta-ala on yleensä noin 2-12 m2/g, edullisesti noin 4-8 m2/g. Sellaiset jauheet mahdollistavat sintrauksen toteuttamisen kohtuullisessa ajassa tämän keksinnön mukaisessa sintraus-lämpötilassa.

20 Korroosionkestävyyden antavat metallioksidit, joi hin kuuluu hafniumoksidi, ja lantanidioksidit voidaan sekoittaa monella erilaisella tavanomaisella tekniikalla, kuten esimerkiksi kuulamyllyssä, ainakin siinä määrin homogeenisen, kuin sillä on merkitystä, seoksen aikaansaami-25 seksi. Mitä homogeenisempi seos on, sitä tasaisempi on mikrorakenne ja siten sitä tasaisemmat ovat tulokseksi saatavan sintratun kappaleen ominaisuudet.

Seoksen muovamisessa eli puristamisessa kompaktiksi materiaaliksi voidaan käyttää monia erilaisia tavanomaisia - 30 menettelytapoja. Se voidaan esimerkiksi suulakepuristaa, ruiskupuristaa, muottipuristaa tai puristaa isostaattisesta halutun muotoisen tiiviin materiaalin aikaansaamiseksi. Seoksen muovauksen helpottamiseen mahdollisesti käytettävillä liukuaineilla, sideaineilla ja muilla vastaavilla 35 materiaaleilla ei saisi olla merkittävää haitallista vai-

II

5 94002 kutusta kompaktiin materiaaliin tai syntyvään sintrattuun kappaleeseen. Sellaiset muovausta helpottavat aineet ovat edullisesti tyypiltään sellaisia, että ne haihtuvat suhteellisen matalissa lämpötiloissa, edullisesti 500°C:n 5 alapuolella, kuumennettaessa jättämättä jäljelle mitään jäännöstä tai merkittävää jäännöstä. Kompaktin materiaalin huokoisuus on edullisesti pienempi kuin noin 60 %, vielä edullisemmin pienempi kuin noin 50 %, tiivistymisen edistämiseksi sintrauksen aikana.

10 Kompaktilla materiaalilla voi olla mikä tahansa haluttu muoto, kuten esimerkiksi pallomainen, lieriömäinen tai levymäinen muoto. Edullisesti se on sinratulta kappaleelta toivotun muotoinen.

Kompakti materiaali sintrataan olosuhteissa, jotka 15 tuottavat tulokseksi keksinnön mukaisen sintratun kappaleen. Kompakti materiaali on stabiili monissa eri kaasukehissä, ja käytännössä se sintrataan pääasiallisesti kulloinkin käytettävissä olevan uunin mukaan määräytyvässä kaasukehässä. Tyypillisiä sopivia kaasukehiä ovat vety, 20 ilma ja jalokaasut, esimerkiksi argon ja helium. Edullisesti kaasukehän paine on sama tai suunnilleen sama kuin ilmakehän paine. Sintraus voidaan myös toteuttaa vakuumis-sa. Kaasukehällä tai vakuumilla ei saisi olla merkittävää haitallista vaikutusta kompaktiin materiaaliin tai sint-25 rattuun kappaleeseen.

Kuumennusnopeutta sintrauslämpötilaan rajoittaa suuresti se, kuinka nopeasti mahdolliset sivutuotekaasut poistuvat ennen sintrausta, ja se riippuu yleensä uunin läpi tapahtuvan kaasuvirtauksen nopeudesta ja tasaisuudes-’30 ta samoin kuin uunissa olevasta materiaalimäärästä. Yleensä käytetään suunnilleen kuumennusnopeutta 50-300 °C/tun-ti, kunnes sivutuotekaasut on poistettu uunista, ja se voidaan määrittää kokeellisesti tavanomaisin menettelytavoin. Kuumennusnopeutta voidaan sitten haluttaessa kohot-35 taa suunnilleen 300-500°C:seen/tunti ja jopa niinkin suu- 94002 6 reksi kuin 800°C/tunti, mutta kuumennusnopeus ei saisi olla niin suuri, että se aiheuttaa kappaleisiin säröjä. Kompakti materiaali sintrataan lämpötilassa, jossa haf-niumoksidi tai muut ryhmään 4A kuuluvien metallien oksidit 5 ja lantanidioksidit ovat kiinteitä. Yleensä sintraus-lämpötilat ovat noin 1500°Csn ja noin 2000°C:n, usein noin 1700°C:n ja noin 1900°C:n, välillä.

Kompakti materiaali pidetään sintrauslämpötilassa tämän keksinnön mukaisen sintratun kappaleen aikaansaan* 10 tiin vaadittava ajanjakso. Pitoaika sintrauslämpötilassa voidaan määrittää kokeellisesti, ja yleensä alemmat lämpötilat edellyttävät pitempiä aikoja.

Sintrausta jatketaan ainakin siihen saakka, että sintratun kappaleen huokoisuus on pienempi kuin noin 10 % 15 ja että suurin piirtein kaikki sen pinnassa esiintyneet avohuokoset ovat sulkeutuneet. Erityisesti sintratun kappaleen ulkopinnalla ei tulisi esiintyä merkittävää avohuo-koisuutta. Sellainen pinnan umpihuokoisuus voidaan määrittää monin erilaisin menettelytavoin. Se voidaan esimerkik-20 si määrittää elohopean tunkeutumiseen perustuvalla huokoi-suusmittauksella. Yleensä kaikki tai suurin piirtein kaikki sintratun kappaleen huokoset ovat umpinaisia eli eivät ole yhteydessä toisiinsa, kun kappaleen huokoisuus on korkeintaan noin 7 tilavuus-% tai jopa noin 10 tilavuus-%.

25 Sintrauksen päätyttyä sintrattu tuote jäähdytetään tämän keksinnön mukaisen sintratun kappaleen aikaansaamiseksi, ja tavallisesti se jäähdytetään ympäristön tai suunnilleen huoneen lämpötilaan, joka on yleensä noin 20-30°C. Sintratun tuotteen tai kappaleen jäähdytysnopeus ei 30 ole ratkaiseva, mutta jäähdytys ei saisi tapahtua niin nopeasti, että se aiheuttaa kappaleeseen säröjä. Erityisesti jäähdytysnopeus voi olla sama kuin jäähdytysnopeudet, joita tavallisesti käytetään kaupallisissa sintraus-uuneissa. Nämä jäähdytysnopeudet voivat vaihdella noin 35 100°C:sta noin 800°C:seen/tunti. Sintrattu tuote tai kap- 7 94002 pale voidaan jäähdyttää samassa kaasukehässä, jossa se sintrattiin, tai eri kaasukehässä, jolla ei ole merkittävää haitallista vaikutusta siihen.

Tämän keksinnön mukaisessa prosessissa ei yleensä 5 tapahdu minkäänlaista tai merkittävää ryhmään 4A kuuluvan metallin oksidin tai lantanidioksidin häviämistä.

Tämän keksinnön mukainen sintrattu kappale koostuu edullisesta hafniumoksidistä ja keksinnön mukaisesta lan-tanidioksidistä. Hafniumoksidin osuus kappaleesta on noin 10 10-25 paino-%, edullisesti suurempi kuin noin 10 paino-% mutta pienempi kuin noin 20 paino-% ja vielä edullisemmin noin 11-15 paino-%. Edullisimmin hafniumoksidi muodostaa noin 12 paino-% kappaleesta. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa keksinnön mukainen sintrattu kappale sisältää 15 noin 12 paino-% hafniumoksidia, noin 18 paino-% europium-oksidia ja noin 70 paino-% dysprosiumoksidia.

Tämän keksinnön mukainen kappale on yhdestä faasista koostuva materiaali. Faasi voidaan esittää kaavan Ln2yHfy03+y/2 avulla.

20 Keksinnön mukaisen sintratun kappaleen keskimääräi nen raekoko vaihtelee yleensä noin 5pm:stä noin 250 μπι:ϋη, usein noin 25 pm:stä noin 250 |im:iin ja vielä useammin noin 25 |im:stä noin 50 μπι:ϋη.

Keksinnön mukaisen sintratun kappaleen huokoisuus 25 on pienempi kuin noin 10 tilavuus-%, edullisesti pienempi kuin noin 6 tilavuus-% ja vielä edullisemmin pienempi kuin noin 5 tilavuus-%, kappaleesta. Mitä pienempi sintratun kappaleen huokoisuus on, sitä parempi on sen kyky absorboida neutroneja. Edullisesti sintratun kappaleen huokoset • 30 ovat suurin piirtein tai siinä määrin tasaisesti, kuin sillä on merkitystä, jakautuneina kappaleessa.

Normaalisti tämän keksinnön mukaisen sintratun kappaleen dimensiot poikkeavat sintraamattoman kappaleen dimensioista sintrauksen aikana tapahtuvan kutistumisen, so. 35 tiivistymisen, verran.

94002 8

Keksinnön mukainen sintrattu kappale, joka sisältää korroosion kestävyyden antavaa ryhmän 4A metallin oksidia, on resistentti veden aiheuttamalle syövytykselle. 4-tunti-sen 288°C:sessa höyryssä olon jälkeen siinä ei ilmene mi-5 tään merkittävää massan pienenemistä, ts massan pieneneminen sellaisissa olosuhteissa olisi alle 0,01 paino-% kappaleesta.

Tämän keksinnön piiriin kuuluu kuitenkin myös olla käyttämättä vesikorroosion kestävyyden aikaansaavaa metal-10 lioksidikomponenttia, jos neutroneja absorboivan lantani-dioksidin suojana olevan säiliön eheys, mitä halkeamiin tulee, voidaan taata tehokkaan suunnittelun, kestävien materiaalien ja työn virheettömän toteutuksen avulla. Eräässä suoritusmuodossa voidaan esimerkiksi noin 25 pai-15 no-% europiumoksidia yhdistettynä noin 75 paino-%tiin dys-prosiumoksidia koteloida ja sulkea tiiviisti lujan, murtumille resistentin suojasäiliön sisään.

Yleensä säätösauvan muodostamiseksi suuri määrä tämän keskinnön mukaisia sintrattuja kappaleita suljetaan 20 metallisauvan tai -kuoren sisään. Metallina on yleensä ruostumaton teräs.

Keksintöä valaistaan tarkemmin seuraavin esimerkein, joissa menettely oli seuraava, ellei toisin ole mainittu: 25 Käytettiin sintrauskelpoisia jauheita, jotka sisäl sivät hafniumoksidia ja lantanideihin kuuluvan harvinaisen maametallin oksidia.

Jauheet sekoitettiin tavanomaisella tavalla hämmentämällä, jolloin saatiin tulokseksi suurin piirtein tasai-- 30 nen seos.

Seos muottipuristettiin teräsmuotissa, jolloin saatiin kiekkomainen raakakappale, jonka huokoisuus oli noin 50 %.

Sintrauskaasukehä on vety.

35 Sintrauskaasukehän paine oli sama tai suurin piir- 9 94002 tein sama kuin ilmakehän paine.

Sintraus toteutettiin tulenkestävässä metalliuunis-sa, joka oli varustettu volfrämistä valmistetuilla kuumen-nuselementeillä sekä volframista ja molybdeenistä valmis-5 tetuilla lämpösuojilla.

Sintratut kappaleet jäähdytettiin uunissa suunnilleen huoneen lämpötilaan.

Tiheys määritettiin tavanomaisella tavalla punnitsemalla kappale ja määrittämällä sen dimensiot.

10 Sintratun kappaleen huokoisuus määritetään tietoon tai arvioon, joka perustuu kappaleen koostumukseen, sintratun kappaleen teoreettisesta tiheydestä nojautuen vertaamalla sitä mitattuun tiheyteen seuraavaa yhtälöä käyttäen: 15 mitattu tiheys

Huokoisuus = (1 - - ) · 100 % teoreettinen tiheys 10 94002 kopinta oli pääasiallisesti umpihuokosia sisältävä pinta, ts se ei sisältänyt merkittävää avohuokoisuutta. Toisen sintratun näytteen keskimääräiseksi raekooksi määritettiin 16 μιη. Erään toisen sintratun näytteen röntgendiffraktio 5 analyysi osoitti, että se oli yhtä faasia ja sillä oli harvinaisten maametallien oksideille tyypillinen kuutiol-linen rakenne.

Kompakteja materiaaleja, jotka koostuivat 46 paino %:sta Dy203 ja 54 paino-%:sta Hf02:ta, sintrattiin 10 1900°C:ssa 4 tuntia. Yhdestä sintratusta näytteestä mää ritetty huokoisuus oli noin 7 %. Toisen sintratun näytteen keskimääräiseksi raekooksi määritettiin 19 μπι. Erään toisen sintratun näytteen röntgendiffraktioanalyysi osoitti, että sillä oli fluoriitille tyypillinen rakenne.

15 Kompaktia materiaalia, joka sisälsi 100 % Dy203, sintrattiin 1800°C:ssa 4 tuntia. Sintratun kappaleen palasesta määritetty huokoisuus oli noin 9 %. Toisen sintratun kappaleen palasen röntgendiffraktioanalyysi osoitti, että sillä oli harvinaisten maametallien oksideille tyypillinen 20 kuutiollinen rakenne. Yksi pala sintrattua näytettä tes tattiin.

Sintrattujen näytteiden reaktiivisuus veden, jonka paine on suuri ja lämpötila korkea, suhteen määritettiin autoklaavissa. Autoklaavi oli lämpötilan säätelemä paineen 25 määräytyessä sen mukaan, mikä oli veden höyrynpaine säätö lämpötilassa. Lämpötilan saavuttaminen kesti noin 2 tuntia kokeen alussa. Näytteitä pidettiin Monel-verkkopitimessä, joka sijaitsi noin 2,5 cm:n päässä akselista, jota pyöritettiin vedessä suunnilleen nopeudella 100 kierrosta/mi-·* 30 nuutti.

Testiolosuhteet olivat 288°C:n lämpötila ja 1 tunnin testausaika. Pelkästä dysprosiumoksidista koostunut näyte hävisi mainitusta pitimestä ja oletettavasti reagoi täydellisesti veden kanssa muodostaen hydroksidia. Muissa 35 kahdessa näytteessä, ts näytteessä, joka sisälsi 84 paino-

II

11 94002 % Dy203, ja näytteessä, joka sisälsi 46 paino-% Dy203, ilmeni vain vähän merkkejä reagoimisesta veden kanssa.

Esimerkki 2

Valmistettiin sintrattu kappale, joka koostui 84 5 paino-%ista dysprosiumoksidia ja 16 paino-%:sta hafnium-oksidia, suurin piirtein samalla tavalla kuin esimerkissä 1 esitettiin.

Sintratun kappaleen reaktiivisuus määritettiin autoklaavissa suurin piirtein samalla tavalla kuin esimer-10 kissä 1 esitettiin tässä mainituin poikkeuksin. Sintrattu kappale hiottiin pintaa peittävien, sintrausuunista peräisin olevien molybdeeni- ja volframioksidikontaminanttien poistamiseksi suurimmaksi osaksi. Näytteet myös mitattiin ja punnittiin ennen autoklaavitestiä. Näytteessä ei ha-15 vaittu mitään muutosta sen jälkeen, kun sitä oli pidetty 4 tuntia 288°C:ssa. Tarkemmin sanottuna 1,27375 g:n näytteessä ilmeni mitätön 0,00003 g:n massahäviö.

Esimerkki 3

Dy203sn suuren syöpymisnopeuden vahvisti sarja ale-20 mmissa lämpötiloissa suoritettuja testejä. Testit toteutettiin käyttäen Dy203:sta esimerkissä 1 valmistetun sintratun kiekon palasta. Näyte sijoitettiin aluksi kiehuvaan veteen (100°C) 1 tunniksi. Mitään mitattavissa olevaa massan muuttumista ei tapahtunut, ja näytteen ulkonäkö oli 25 muuttumaton tutkittaessa sitä mikroskoopilla 36-kertaisel-la suurennuksella. Sama näyte testattiin sitten autoklaavissa suurin piirtein samalla tavalla kuin esimerkissä 1 esitettiin tässä mainituin poikkeuksin. Se laitettiin autoklaaviin, jonka lämpötila oli 177°C, 1 tunniksi. Taas-- 30 kaan ei voitu havaita mitään massan muutosta. Näytettä pidettiin sitten autoklaavissa 225°C:ssa 1 tunti. Näyte hajosi täydellisesti.

Neutroneja absorboivat materiaalit ja/tai niiden massa voidaan säätöyksikössä mukauttaa selektiivisesti 35 sellaiseksi, että saavutetaan neutroni absorptiokapasi- 94002 12 teettimalli, joka vsataa säätöyksikön reaktorin poltto-aineydinympäristössä kohtaamaa epäyhtenäistä neutronivuon tiheyttä. Kiehutusvesireaktorijärjestelmissä neutronivuon tiheys on tyypillisesti suurempi reaktorin pohjasta sisään 5 tuodun säätöyksikön yläpäässä ja myös suurempi lapatyyp-pisen säätöyksikön, kuten esimerkiksi tavallisten ristin muotoisten laitteiden, reunaosissa. Säätöyksikön sisältämää neutroneja absorboivaa kappaletta ja materiaalia voidaan siten vaihdella ja se voidaan massaltaan ja/tai koos-10 tumukseltaan tehdä määrätyn mallin mukaiseksi kautta koko yksikön, jolloin saavutetaan suurempi neutroniabsorptio-kapasiteetti sen eri alueilla, kuten esimerkiksi säteit-täisesti suuntautuneiden lapojen yläosan poikki ja/tai myös pitkin sellaisten lapojen äärimmäistä pystyreunaa. 15 Sellaisilla järjestelyillä ei tarpeettomasti käytetä hyväksi ja tuhlata suurempaa massaa tai kalliimpaa suurempaa absorptiokapasiteettia pienimmän tarpeen alueilla sen an-siosta, että yksikön kapasiteetti mukautetaan kohdattavaa neutronivuomallia vastaavaksi.

20 Painevesireaktorijärjestelmässä neutroneja absor boivat materiaalit ja/tai niiden massa voidaan samoin mukauttaa säätösauvoissa tai muissa säätöyksiköissä selektiivisesti sellaiseksi, että saavutetaan neutroniabsorp-tiokapasiteettimalli, joka vastaa reaktorin polttoaineyti-25 messä kohdattavaa epäyhtenäistä neutronivuon tiheyttä.

Tämän keksinnön mukaisia, lantanideihin kuuluvien harvinaisten maametallien oksideja, jotka toimivat neutronien absorboijina, voidaan käyttää yhdessä muiden neutronien absorboijien, kuten esimerkiksi boorikarbidin, kanssa 30 käyttäen kutakin ennalta määrätyillä vyöhykkeillä säätöyk-sikössä keinona mukauttaa yksikön neutroniabsorptiokapasi-teetti sen käyttöympäristöä reaktorin polttoaineytimessä vastaavaksi.

Claims (13)

94002

1. Sintrattu neutroneja absorboiva monikidekappale, tunnettu siitä, että se koostuu yksifaasisesta 5 lantanideihin kuuluvan harvinaisen maametallin oksidista, joka on valittu dysprosiumoksidin, erbiumoksidin, euro-piumoksidin, gadoliniumoksidin, samariumoksidin joukosta tai niiden yhdistelmästä, ja veden suhteen stabiloivasta oksidista, joka on valittu 4A-ryhmän metallioksideista, 10 mainitun kappaleen muodostuessa rakeista, joilla on harvinaisten maametallien oksidien kuutiollinen rakenne ja huokoisuuden ollessa pienempi kuin 10 tilavuus-%.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sintrattu kappale, tunnettu siitä, että mainitussa kappaleessa on 15 mainittua 4A-ryhmään kuuluvaa metallioksidia määrä, joka on 10 - 25 paino-% mainitusta kappaleesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sintrattu kappale, tunnettu siitä, että mainitussa kappaleessa on mainittua 4A-ryhmään kuuluvaa metallioksidia määrä, joka 20 on 10-20 paino-% mainitusta kappaleesta.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen sintrattu kappale, tunnettu siitä, että mainittu 4A-ryhmään kuuluva metallioksidi on hafniumoksidi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen sint- 25 rattu kappale, tunnettu siitä, että mainitussa lantanideihin kuuluvassa harvinaisessa maametallin oksidissa on 15-35 paino-% europiumoksidia ja 65-85 paino-% dysprosiumoksidia.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sintrattu kappa-: 30 le, tunnettu siitä, että mainitussa lantanideihin kuuluvassa harvinaisessa maametallin oksidissa on 20 paino-% europiumoksidia ja 80 paino-% dysprosiumoksidia.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sintrattu kappale, tunnettu siitä, että kappale koostuu 12 paino- 35. mainitusta veden suhteen stabiloivasta oksidista, 18 94002 paino-% europiumoksidistä ja 70 paino-% dysprosiumoksidistä.

8. Jonkin edellä olevan patenttivatimuksen mukainen sintrattu kappale, tunnettu siitä, että mainitun 5 kappaleen ulkopinnassa ei ole avointa huokoisuutta.

9. Säätösauva vesijäähdytteiseen ydinreaktoriin, koostuen joukosta neutroneja absorboivaa materiaalia ole vista sintratuista kappaleista suljettuna metallisen suo-jakuoren sisään, tunnettu siitä, että mainitut 10 kappaleet koostuvat yksifaasisesta lantanideihin kuuluvan harvinaisen maametallin oksidista, joka on valittu dysprosiumoks idin, erbiumoksidin, europiumoksidin, gadoli-niumoksidin, samariumoksidin joukosta tai niiden yhdistelmästä, ja veden suhteen stabiloivasta oksidista, joka on 15 valittu 4A-ryhmän metallioksideista, mainittujen kappaleiden muodostuessa rakeista, joilla on harvinaisten maame-tallien oksidien kuutiollinen rakenne ja huokoisuuden ol-ll lessa pienempi kuin 10 tilavuus-%.

10. Menetelmä säätösauvojen materiaalina vesijääh-20 dytteisessä ydinreaktorissa käyttökelpoisen sintratun kappaleen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet: - lantanideihin kuuluvan harvinaisen maaametallin oksidin, joka voi olla dysprosiumoksidi, erbiumoksidi, eu- 25 ropiumoksidi, gadoliniumoksidi, samariumoksidi tai niiden yhdistelmä, ja veden suhteen stabiloivan oksidin, joka on valittu 4A-ryhmän metallioksideista, hiukkasten seoksen muodostaminen; - seoksen tiivistäminen kappaleeksi; ja ·' 30 - tiivistetyn kappaleen sintraaminen 1500 - 2000°C lämpötilassa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sintraus toteutetaan vetyatmosfäärissä. I,1 94002

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sintrauslämpötila on 1700 - 1900°C.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 10 - 12 mukainen 5 menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vaihe tiivistetyn kappaleen muodostamiseksi käsittää sellaisen kappaleen muodostamisen, jonka huokoisuus on pienempi kuin 60 tilavuus-%. • t 9 94002