SE1050187A1

SE1050187A1 - Neutronabsorberande komponent och förfarande för framställning av en neutronabsorberande komponent

Info

Publication number: SE1050187A1
Application number: SE1050187A
Authority: SE
Inventors: Lars Hallstadius; Karin Backman; Bjoern Rebensdorff; Hans Widegren
Original assignee: Westinghouse Electric Sweden
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2011-09-02
Also published as: KR20130036179A; EP2543044A1; JP5947224B2; JP2013521492A; US20130051512A1; EP2543044B1; WO2011108973A1; ES2696992T3; SE536814C2

Abstract

Uppfinningen avser en neutronabsorberande komponent (1) ochett förfarande för framställning av en neutronabsorberande kom-ponent.. Den neutronabsorberande komponenten innefattar enkärna (2) bestående av ett första material, ett skikt (3) beståen-de av ett andra material. Skiktet innesluter åtminstone delviskärnan och är anpassat att skydda kärnan från en yttre omgiv-ning. Det första materialet har en högre neutronabsorptions-förmåga än det andra materialet. Den neutronabsorberandekomponenten är framstäítd genom sintring på så sätt att det bil-das ett intermediärt skikt (4) mellan kärnan och skiktet. Det in-termediära skiktet har en materialgradient som innefattar enminskning av koncentrationen av det första materialet från kär-nan till skiktet och en ökning av koncentrationen av det andramaterialet från kärnan till skiktet. (Fíg. 1)

Description

das för att säkerställa att nukleära material bibehåller sin under- kritiska status, exempelvis vid transport av kärnbränsle.

Neutronabsorberande komponenter används ofta i en yttre om- givning, så som den reaktiva miljön i en fissionsreaktor. Den ytt- re omgivningen kan innefatta substanser som är kemiskt ag- gressiva vid höga temperaturer och tryck. Den yttre omgivningen kring de neutronabsorberande komponenterna kan exempelvis utgöras av moderator- och kylmediumet, vilket innefattar lättvat- ten i tryck- och kokvattenreaktorer. De aggressiva substanserna kan reagera med neutronabsorberande substans i de neutron- absorberande komponenterna. Därigenom kan komponenternas absorberande funktion försämras. Vidare kan den yttre omgiv- ningen i reaktorn kring de neutronabsorberande' komponenterna kontamineras av den neutronabsorberande substansen, och/eller av gasformiga substanser bilda-de vid neutronabsorp- .tion i den neutronabsorberande komponenten. Kontaminationen av den yttre omgivningen kan medföra osäkerhet och/eller oba- lans i reaktorns reaktivitet. Vid påverkan av de neutronabsorbe- rande komponenterna kan det krävas att reaktorn stoppas och att komponenterna byts ut samt att den yttre omgivningen i reak- torn rengörs från den neutronabsorberande substansen eller gasformiga substanser bildade vid neutronabsorption. Detta medför stora förluster i form av utebliven energiproduktion vid driftstoppet samt kostnad för utbyte av de neutronabsorberande komponenterna.

Vid transporter av nukleära material, så som kärnbränslepatro- ner, är det av största vikt att materialet bibehåller sin underkri- tiska status. Ett exempel på transporter av nukteära material är transporter av kärnbränslepatroner. Obestrålade kärnbränslepa- troner transporteras från kärnbränsletíltverkare till kärnkraftsre- aktörer i därför avsedda transportbehållare, vilka innefattar neu- tronabsorberande komponenter. Vid en eventuell osannotik situ- ation där behållarna utsätts för höga temperaturer, är det viktigt att de neutronabsorberande komponenternas funktion och post- tion i transportbehållarna bibehålls.

En teknik för behandling av utbränt kärnbränsle för vidare förva- ring beskrivs i EP-1249844. I dokumentet behandlas utbränt kärnbränsle med pulver av aluminium och bor som pressas ge- nom Cold lsostatic Pressing (ClP) och sedan sintras samman med hjälp av plasrnasintring.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en neutronabsorberande komponent med förbättrade egenskaper.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna kompo- nenten som innefattar de särdrag som anges i kravets 1 känne- tecknande del.

Den neutronabsorberande komponenten uppnår ovan nämnda ändamål medelst det intermediära skiktet mellan kärnan och skiktet.

Det intermediära skiktet, som kan erhållas i samband med fram- ställning av komponenten genomsintring, är ett skikt mellan kär- nan och skiktet som ger en övergång av egenskaperna från det första materialet till det andra materialet. Det intermediära skik- tet innefattar en stegvis eller gradvis övergång av koncentratio- nen av det första och det andra materialet. Det intermediära skiktet har en materialgradient, med vilket menas att koncentra- tionen av det första materialet och det andra materialet i det in- termediära skiktet är större än noll. Materialgradienten innebär en koncentrationsförändring i jämförelse med kärnan och i jäm- förelse med skiktet. Materialgradienten kan innefatta en homo- gen blandning av det första och det andra materialet. Material- gradienten kan också innefatta en förändring inom det interme- diära skiktet av förhållandet mellan koncentrationen av det för- sta och det andra materialet. Därigenom kan materialgradienten anpassas efter materialegenskaperna, exempelvis med avseen- de på temperaturexpansion, hos det första och det andra mate- rialet för att uppnå goda materialegenskaper hos komponenten.

Genom materialgradienten skapas en övergång mellan det för- sta materialet i kärnan och det andra materialet i skiktet, vilket ger en stark vidhäftning mellan skiktet och kärnan. iVlaterialgra- dienten i det intermediära skiktet medför att inre spänningar i komponenten skapade av termiska och elastiska skillnader mel- lan det första och det andra materialet reduceras. Därmed upp- kommer en förbättrad vidhäftning av skiktet vid kärnan, viket ger komponenten en förbättrad funktionalitet.

Komponenten är framställd genom ett lämpligt sintringsförfaran- de som ger komponenten en god sammansintring av det första materialet med det andra materialet. Sintringsförfarandet kan inbegripa eller kombineras med ett pålagt tryck och/eller en för- höjd temperatur. Sintringsförfarandet skall säkerställa att ett flertal materialegenskaper, såsom kornstorlek och porositet, hos den sintrade komponenten kan styras inom ett brett intervall.

Med den neutronabsorberande komponenten avses en kompo- nent som är anpassad för påverkan av reaktivitet och kriticitet hos nukleärt material. Den neutronabsorberande komponenten har en förmåga att fånga in neutroner. Då den neutronabsorbe- rande komponenten fångar in neutroner sänker den förhållandet mellan befintliga och bildade neutroner, och därigenom sjunker reaktiviteten, exempelvis i en fissionsreaktor. Den neutronab- sorberande komponenten kan exempetvis användas för reglering eller avstängning av reaktiviteten i fissionsreaktorer. Vidare kan den neutronabsorberande komponenten säkerställa underkritisk status hos nukleärt material.

Kärnan hos den neutronabsorberande komponenten består av det första materialet. Det första materialet har en högre neutron- absorptionsförmäga än det andra materialet. Genom kärnans neutronabsorptionsförmåga uppkommer huvudsakligen den neu- tronabsorberande komponentens förmåga att påverka reaktivite- ten i fissionsreaktorer. i Skiktet hos den neutronabsorberande komponenten är anpassat att skydda kärnan från en yttre omgivning. Skiktet består av det andra materialet, vilket har egenskaper som är lämpliga för att skydda kärnan hos komponenten.

Den yttre omgivningen kan vara av olika slag beroende på an- vändningsområde. Exempelvis i en fissšonsreaktor utgörs den yttre omgivningen huvudsakligen av ett modererande och ett kylande medium. I en användning för säkerställande av under- kritisk status kan den yttre omgivningen exempelvis utgöras av luft eller betong. Vid reaktordrift bildas en reaktiv miljö som på- verkar bland annat de neutronabsorberande komponenterna i reaktorn. Med hjälp av skiktets skyddande verkan säkerställs att kärnan hos komponenten inte påverkas av den yttre omgivning- en, så som miljön i en fissionsreaktor. Genom att skiktet skyddar kärnan från den yttre omgivningen, undviks påverkan av funktio- nen hos den neutronabsorberande komponenten. Skyddet av kärnan gör även att den yttre omgivningen, exempelvis modera- torn hos en lättvaltenfissionsreaktor, inte kontamineras av det första materialet eller av gasformiga substanser bildade i kärnan hos den neutronabsorberande komponenten. Genom att hindra den yttre omgivningen från att kontamineras, undviks osäkerhe- ter i reaktorns reaktivitet. Därmed kan styrningen och övervak- ningen av reaktorn ske noggrant och säkert. Skiktet kan även skydda den neutronabsorberande komponenten från påverkan vid en eventuell osannolik situation med mycket höga tempera- turer, exempelvis vid transporter. Därmed kan bibehållandet av komponentens neutronabsorberande funktion och dess position säkerställas.

Med ett materials neutronabsorptionsförmåga menas i vilken grad materialet har förmåga att infånga neutroner. Ett materials neutronabsorptionsförmåga varierar med neutronernas energi- spektrum, och olika material har vid vissa neutronenergier så kallade resonanstoppar i neutronabsorptionstvärsnittet, där mycket hög neutronabsorptionsförmåga uppnås. Med neutron- absorptionsförmåga menas i detta sammanhang ett materials förmåga att, över tillämpligt neutro-nenergispektrum för en fis- sionsreaktor, fånga in neutroner, och därmed reducera reaktorns reaktivitet. Ett exempel på ett mått som avspeglar ett materials neutronabsorptionsförmåga i en fissionsreaktor är Equivalent Boron Concentration (EBC), där ett värde nära ett utgör ett ma- terial med hög neutronabsorptionsförmåga och ett värde nära noll utgör ett material med låg neutronabsorptionsförmåga.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är den neutronabsorbe- rande komponenten anpassad att användas i fissionsreaktorer.

Därmed är komponentens egenskaper som ges av kärnan, skik- tet och det intermediära skiktets egenskaper utformade för att användas under de förhållanden och miljöer som finns i fissions- reaktorer, exempelvis i kokvatten- och tryckvattenreaktorer.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar materialgradi- enten en successiv minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan till skiktet och en successiv ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan till skiktet.

Därmed är materialgradienten utformad för att ge en gradvis övergång av egenskaperna från f-det första materialet till det andra materialet, och vice versa.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är skiktet hos den neu- tronabsorberande komponenten väsentligen ogenomträngligt för gasformiga substanser, åtminstone helíum. Genom att skiktet är väsentligen ogenomträngligt kan gasformiga substanser som bildas vid infångningen av neutroner i det första materialet kvar- hållas i det inre av den neutronabsorberande komponenten. Där- igenom sker ingen kontamination av den yttre omgivningen med gasformiga substanser bildade i den neutronabsorberande kom- ponenten.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är skiktet hos den neu- t.ronabsorberande komponenten väsentligen korrosions- beständigt i en miljö hos en fissionsreaktor. Med väsentligen korrosionsbeständigt menas att skiktet är kemiskt inert, eller vä- sentligen kemiskt inert, och att dess skyddande effekt därige- nom bibehålls vid exponering mot den yttre omgivningen i en fissionsreaktor. Genom skiktets korrosionsbeständighet skyddas kärnan hos den neutronabsorberande komponenten från att på- verkas av den yttre omgivningen. Därigenom säkerställs den neutronabsorberande komponentens integritet och funktion.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är porv-olymen hos poro- siteten i skiktet hos den neutronabsorberande komponenten av- sevärt mindre än porvolymen hos porositeten i kärnan. Porosite- ten hos kärnan används för att åtminstone delvis kvarhålla bil- dade gaser inom kornen av materialstrukturen. Genom skiktets lägre porositet, uppnås önskvärda materialegenskaper hos skik- tet, så som en hög täthet, vilken ger skiktet en separerande ef- fekt som skyddar kärnan från den yttre omgivningen och hindrar gasformiga substanser bildade i kärnan. från att tränga ut ur den neutronabsorberande komponenten. Därigenom säkerställs den neutronabsorberande komponentens integritet och funktion, samt risken minskas att den yttre omgivningen kontamineras av det första materialet eller av gasformiga substanser bildade i kärnan. ' Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar skiktet hos den neutronabsorberande komponenten åtminstone ett av ett metalliskt material och ett keramiskt material. Vissa material från dessa grupper har egenskaper som är speciellt lämpliga i reaktormiljöer. Exempelvis har vissa keramiska material, så som SiC, en hög korrosionsbeständšghet, en hög hårdhet och är vär- mebeständiga. Exempelvis har vissa metalliska material, så som Zr, en hög korrosionsbeständighet och goda mekaniska egen- skapen Enligt en utföringsform avluppfinningen består skiktet hos den neutronabsorberande komponenten av åtminstone en substans vald ur gruppen Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrOg, Al2O3, blandningar därav, samt av eventuell balans. Substanser från denna grupp har egenskaper som är fördelaktiga för skiktet hos den neutronabsorberande komponenten.

Enligt en utföringsform av uppfinningen består kärnan hos den neutronabsorberande komponenten av en substans vald ur gruppen Hf, B, ln, Cd, Hg, Ag, Gd, Er, ßxCy, BXNy, BXOy, bland- ningar därav, samt av eventuell balans. Substanser från denna grupp har egenskaper som är fördelaktiga för kärnan hos den neutronabsorberande komponenten. Inom ramen för uppfinning- en är det möjligt att kombinera vilken som helst av dessa sub- stanser hos kärnan med vilken som helst av ovan nämnda sub- stanser hos skiktet, exempelvis ett skikt av SiC och en kärna av BXCy, så som B4C.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är den neutronabsorbe- rande komponenten avsedd att placeras i en styrstav, varvid skiktet helt innesluter kärnan. Genom att fylla styrstaven med en eller flera neutronabsorberande komponenter, vars kärna är full- ständigt innesluten och skyddad av skiktet, får styrstaven de förbättrade egenskaperna hos den neutronabsorberande kom- ponenten- Med fördel utgör komponenten åtminstone en del av en styrstav avsedd för påverkan av reaktiviteten i en fissionsreaktor. Där- med kan styrstaven sättas samman av en eller flera av neutron- absorberande komponenter i olika konfigurationer. Styrstaven anpassas därmed för användning i olika typer av reaktorer.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är styrstaven utformad att användas i en lättvattenfissionsreaktor av typen kokvattenreaktor. Med fördel kan styrstaven vara uppbyggd av åtminstone en bladformad neutronabsorberande komponent.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är styrstaven utformad att användas i en lättvattenfissionsreaktor av typen tryckvattenreaktor. Med fördel kan styrstaven vara uppbyggd av åtminstone en cylinderformad neutronabsorberande komponent.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är också att tillhanda- hålla ett förfarande för framställning av en neutronabsorberande komponent.

Detta ändamål uppnås genom det förfarande som definieras i kravet 15.

Ett sådant förfarande innefattar tillförsel av det första materialet och det andra materialet till ett utrymme hos ett verktyg på så sätt att det andra materialet åtminstone delvis innesluter det för- sta materiai-et, följt av sammansintring av det första och det andra materialet till den neutronabsorberande komponenten, varvid det intermediära skikt mellan kärnan och skiktet bildas, och varvid det intermediära skiktet har en materialgradient.

Verktyget för förfarandet innefattar en verktygsdel med ett ut- rymme avsett att tillföras material för sintring. Eventuellt. kan ett tryck och/etter en förhöjd temperatur appliceras för att öka för- tätningen vid sintringsförfarandet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen bildas det vid tillförseln av det första materialet och det andra materialet en intermediär zon mellan en inre del av utrymmet och en yttre del av utrym- met, och varvid den intermediära zonen innefattar en minskning av koncentrationen av det första materialet från den inre delen av utrymmet till den yttre delen av utrymmet och en ökning av koncentrationen av det andra materialet från den inre delen av utrymmet till det yttre av utrymmet. Den intermediära zonen är placerad i en mellanliggande del av utrymmet mellan den inre delen av utrymmet och den yttre delen av utrymmet och består av det första materialet och det andra materialet. Den interme- diära zonen innefattar en materialgradient, vilket innebär att det första och det andra materialet stegvis eller gradvis övergår i varandra. Efter att materialen tillförts utrymmet sammanfogas det första materialet med det andra materialet genom sintring på så sätt att skiktet, kärnan och det intermediära skiktet bildas.

Enligt en utföringsform av uppfinningen vibreras utrymmet på så sätt att det första materiaiet och det andra materialet samman- förs och bildar den intermediära zonen. Utrymmet vibreras efter att det första materialet och det andra materialet tiilförts utrym- met men före sintringen. Därmed uppstår en materialgradient av det första materialet och det andra materialet mellan den inre delen av utrymmet och den yttre delen av utrymmet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen tillförs det första materi- alet i pulverform. Med ett material i pulverform menas ett mate- rial i fast tillstånd innefattande ett stort anta! partiklar med liten kornstorlek. Pulvret kan eventuellt flytta fritt, med vilket menas att pulvret deformeras tätt då det utsätts för mekaniska spän- ningar. Därigenom kan pulvret fylla ut utrymmet i verktyget för sintring. Genom att använda ett material i pulverform underlättas förfarandet då den intermediära zonen bildas.

Enšigt en utföringsform av uppfinningen tillförs det andra materi- alet i pulverform. 11 Enligt en utföringsform av uppfinningen avdelas utrymmet av ett inre rör som innefattar den inre delen, varvid utrymmet avdelas av ett yttre rör som innefattar den yttre delen, varvid en mellan- liggande del bildas meilan det yttre röret och det inre röret och varvid den mellanliggande delen tillförs en blandning av det för- sta materialet och det andra materialet för skapande av den in- termediära zonen. Den inre delen är anpassad för att tillföras - det första materialet som efter sintring bildar den neutronabsor- berande komponentens kärna. Den yttre delen äranpassad för att tillföras det andra materialet som efter sintring bildar den ne- utronabsorberande komponentens skikt. Den mellanliggande de- len bildar efter sintring den neutronabsorberande komponentens intermediära skikt.

Materialet i den mellanliggande delen bildar efter sintring den neutronabsorberande komponentens intermediära skikt.

Enligt en utföringsform av uppfinningen uppdelas den mellanlig- gande delen i avdelningar av åtminstone ett mellanliggande rör, varvid avdelningarna tillförs blandningar av olika förhållande mellan koncentrationen av det första materialet och det andra materialet. Genom att dela upp den metlanliggan-de delen av ut- rymmet i två eller flera avdelningar kan sammansättningen av det första och det andra materialet i avdelningarna påverkas så att det efter sintring bildade intermediära skiktet får en materiat- gradient som ger skiktet god vidhäftning vid kärnan.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen ska nu förklaras närmare genom beskrivning av olika utföringsformer av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1 visar ett tvärsnitt av en neutronabsorberande komponent enligt en utföringsform av uppfinningen i en vy sedd från sidan. 12 Figur 2 tiil 5 visar diagram med olika exempel på materialkon- centrationen hos ett tvärsnitt av neutronabsorberande kompo- nenter.

Figur 6 visar en perspektivvy av ett exempel på en styrstav i kokvattenreaktorer.

Figur 7 visar en perspektivvy av ett exempel på en styrstav i tryckvattenreaktorer.

Figur 8 visarett tvärsnitt av ett verktyg för tillförsel av material för sintring.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFlNNlNGEN Figur 1 visar ett exempel på en neutronabsorberande kompo- nent 1, i det följande benämnd komponenten, enligt en utf-örings- form av uppfinningen i ett tvärsnitts vy sedd från sidan. Kompo- nenten 1 i figur 1 har en cylindrisk form, med centrum hos cylin- derns bas i 0 och cylinderns mantelyta vid R, längs en x-axel. Även andra former på komponenten 1 är möjlig, så som rek- tangulär, kvadratisk, sfärisk etcetera.

Komponenten 1 innefattar en kärna 2 bestående av ett första material och ett skikt 3 bestående av ett andra material. Kompo- nentens kärna 2 innefattar ett neutronabsorberande material av- sett att absorbera neutroner, exempelvis i syfte att påverka re- aktiviteten i en fissionsreaktor, så som kokvattenreaktorer och tryckvattenreaktorer. Komponentens skikt 3 innesluter i det i fi- guren 1 visade exemplet fullständigt kärnan och skyddar kärnan 2 från en yttre omgivning. Skiktet 3 innefattar det andra materia- let som har skyddande egenskaper, så som korrosionsbestän- dighet och täthet mot gasformiga substanser. Komponenten 1 är framställd genom sintring på så sätt att ett intermediärt skikt 4 13 bildas meilan kärnan 2 och skiktet 3. Det intermediära skiktet 4 innefattar både det första materialet och det andra materialet.

Det intermediära skiktet 4 har en materialgradient, vilken inne- fattar en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan 2 till skiktet 3 och en ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan 2 till skiktet 3. Det intermediära skiktet 4 bildar en övergång mellan kärnan 2 och skiktet 3, så att materialegenskaperna hos det första materialet övergår i egen- skaperna hos det andra materialet, och vice vers-a. Därigenom skapas en god vidhäftning mellan kärnan 2 och skiktet 3.

Figur 2 till 5 visar exempei på materialkoncentrationen hos ett tvärsnitt av en neutronabsorberande komponent. Figurernas x- axel är en dimensionsaxel, där 0 anger komponentens centrum och R anger komponentens ytterperiferi. Figurernas y-axel an- ger materialkoncentrationen för komponenten i procent för det första materialet, här med beteckning A och markerad med en streckad linje, och det andra materialet, här med beteckning B och markerad med en heldragen linje. I figurerna är kärnan 2, det intermediära skiktet 4 och skiktet 3 utmärkta längs figurens x-axel.

Figur 2 visar ett exempel på en materialkoncentrationsvariation inom en neutronabsorberande komponent, där det intermediära skiktet 4 mellan kärnan 2 och skiktet 3 har en materialgradient som innefattar en stegvis minskning av koncentrationen av ett första material från kärnan till skiktet, och en stegvis ökning av koncentrationen av ett andra material från kärnan till skiktet. I exemplet i figur 2 sker en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan 2 till det intermediära skiktet 4 på ett stegvis sätt, där koncentrationen av det första materialet minskar från huvudsakligen 10-0 % i kärnan 2 till huvudsakligen 50 % i det intermediära skiktet 4. Koncentrationen av det första materialet är konstant inom det intermediära skiktet 4. Vidare sker en minskning av koncentrationen av det första materialet från det intermediära skiktet 4 till skiktet 3 stegvis från huvud- 14 sakligen 50 % till huvudsakligen 0 %. På omvänt sätt sker en ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan 2 till det intermediära skiktet 4 på ett stegvis sätt, där koncentra- tionen av det andra materialet ökar från huvudsakligen 0 % i kärna till huvudsakligen 50 % i det intermediära skiktet. Kon- centrationen av det andra materialet är konstant inom det inter- mediära skiktet. Vidare sker en ökning av koncentrationen av det andra materialet från det intermediära skiktet till skiktet stegvis från huvudsakligen 50 % till huvudsakligen 100 %.

Figur 3 visar på samma. sätt som figur 2 ett exempel pà en s-te-g- vis materialkoncentrationsvariation inom en neutronabsorberan- de komponent, med skillnaden att det intermediära skiktet 4 in- nefattar två koncentrationsområden, ett första koncentrations- område 41 och ett andra koncentrationsområde 42, med olika koncentrationer av det första materialet och det andra materia- let. Koncentrationen av det första materialet och det andra ma- terialet är konstant inom det första koncentrationsomràdet 41 och det andra koncentrationsområdet 42. l exemplet i figur 3 sker en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan 2 till det intermediära skiktet 4 på ett stegvis sätt, där koncentrationen av det första materialet minskar från huvud- sakligen 100 % i kärna 2 till huvudsakligen 70 % i det första koncentrationsområdet 41 hos det intermediära skiktet 4. Inom det intermediära skiktet 4 sker en stegvis minskning av koncent- rationen av det första materialet från det första koncentrations- området 41 till det andra koncentrationsområdet 42, från huvud- sakligen 70 % till huvudsakligen 30 %. Det sker en stegvis minskning av koncentrationen av det första materialet från det andra koncentrationsområdet 42 hos det intermediära skiktet 4 till skiktet 3, från huvudsakligen 30 % till huvudsakligen 0 %. På omvänt sätt sker en ökning av koncentrationen' av det andra ma- teriaiet från kärnan 2 ti!! det intermediära skiktet 4.

Figur 4 visar ett exempel på en materialkoncentrationsvariation inom en neutronabsorberande komponent, där det intermediära skiktet 4 mellan kärnan 2 och skiktet 3 har en materialgradient som innefattar en successiv minskning av koncentrationen av ett första material från kärnan till skiktet, och en successiv ökning av koncentrationen av ett andra material från kärnan till skiktet.

Inom det intermediära skiktet 4, från kärnan 2 till skiktet 3, sker en konstant proportionell minskning av koncentrationen av det första materialet, från huvudsakligen 100 % till huvudsakligen 0 %. På omvänt sätt sker en ökning av koncentrationen av det andra materialet inom det intermediära skiktet, från kärnan 2 till det skiktet 3, från huvudsakligen 0 % till huvudsakligen 100 %.

Figur 5 visar ett exempel på en materialkoncentrationsvariatton inom en' neutronabsorberande komponent, där det intermediära skiktet 4 meitan kärnan 2 och skiktet 3 har en materialgradient som innefattar en successiv minskning av koncentrationen av ett första material från kärnan 2 till skiktet 3, och en successiv ök- ning av koncentrationen av ett andra material från kärnan 2 till s-kiktet 3. I exemplet i figur 5 sker en minskning av koncentratio- nen av det första materialet från kärnan 2 till det intermediära skiktet 4 på ett successivt sätt. Inom det intermediära skiktet 4 sker en gradvis minskning av koncentrationen av det första ma- terialet, från huvudsakligen 100 % tilt huvudsakligen 0 %. Över- gången mellan kärnan 2 och skiktet 3 kan exempelvis ske på ett ickelinjärt sätt. På omvänt sätt sker en ökning av koncentratio- nen av det andra materialet från kärnan 2. I det visade exemplet utgör det intermediära skiktet 4 huvuddelen av komponenten, medan kärnan 2 och skiktet 3 utgör en mindre del av komponen- ten.

Figur 6 visar ett exempel på en styrstav 70 i en perspektivvy i kokvattenreaktorer. Styrstaven 70 kan vara uppbyggd av en eller flera bladformade neutronabsorberande komponenter 71 med en kärna 2 som är delvis innesluten av ett skikt 3. i det visade ex- emplet innefattar styrstaven 70 fyra bladformade neutronabsor- befarade komponenter 71. Komponenterna 71 är fästa vid var- andra och bildar formen av ett kors som är fastsatt vid en fäst- 16 anordning 72. Regleranordningar i reaktorn, ej visade i figuren, fästes vid fästanordning 72 för att reglera i vilken grad styrsta- ven 70 är inskjuten i reaktorn.

Figur 7 visar ett exempel på en styrstav 80 i en perspektivvy i tryckvattenreaktorer. Styrstaven 80 kan vara uppbyggd av en eller flera cylindriska neutronabsorberande komponent-er 81 med en kärna 2 som är delvis innesluten av ett skikt 3. I det visade exemplet innefattar styrstaven 80 en cylindrisk neutronabsorbe- rande komponent 81. Den cylindriska komponenten 81 är fast- satt vid en fästanordning 82. Re.gleranordningar i reaktorn, ej visade i figuren, fästes vid fästanordning 82 för att kunna skjuta in styrstaven 80 i reaktorn.

Figur 8 visar ett tvärsnitt av ett exempel på ett verktyg för fram-_ ställning av den neutrönabsorberande komponenten. Det visade verktyget kan användas i något lämpligt sintringsförfarande för framställning av den neutronabsorberande komponenten. Exem- pel på lämpliga sintringsförfaranden som kan användas för upp- finningen är klassisk sintringsteknik, sintring vid atmosfärstryck och förhöjd temperatur, Cold lsostatic Pressing, Hot lsostatic Pressing, Spark Plasma Sintering (gnistplasmasintring) etc.

Verktyget för förfarandet innefattar en verktygsdel med ett ut- rymme avsett att tillföras material för sintring. Verktygsdelen in- nefattar ett omgivande element 91. Det omgivande elementet 91 innesluter ovan nämnda utrymme. Utrymmet hos verktyget avde- las av ett inre rör 98 vilket skapar en inre del 99, i vilket det för- sta materialet tillförs som efter sintring bildar komponentens kärna 2. Utrymmet hos verktyget avdelas också av ett yttre rör 94 vilket skapar en yttre del 93, i vilket det andra materialet till- förs som efter sintring bildar komponentens skikt 3. Mellan det yttre röret 94 och det inre röret 98 bildas en mellanliggande del 95, i vilket en blandning av det första materialet och det andra materialet kan tillföras som efter sintring bildar komponentens intermediära skikt 4. Med en sådan utformning av verktyget kan 17 exempelvis en komponent med materialkoncentrationsvariatio- nen i figur 2 åstadkommas.

I exemplet i figur 8 uppdelas den mellanliggande delen 95 i av- delningar av ett mellanliggande rör 96. Avdelningarna i den mel- Ianliggande delen 95 tillförs blandningar av olika förhållanden mellan koncentrationen av det första materialet och det andra materialet. Bländningarna kan utformas på ett sådant sätt att det efter sintring bildade skiktet får en materialgradient som innefat- tar en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan 2 till skiktet 3 och en ökning av koncentrationen' av det andra materialet fràn kärnan 2 till skiktet 3, exempelvis så som visas i figur 3.

Genom den ovan nämnda vibreringen av det första och det andra materialet kan medelst verktygsutformningen som visas i figur 8 materialkoncentrationsvariationen som visas i figur 4 och figur 5 även åstadkommas.

I ett utföringsexempel av uppfinningen dras de visade rören 94, 96, 98 i figur 8 ut ur utrymmet hos verktyget innan materialet i utrymmet hos verktyget sintras samman till den neutronabsorbe- rande komponenten. Alternativt kan materialet i utrymmet hos verktyget före sammansintringen ytterligare sammanföras ge- nom att utrymmet hos verktyget vibreras.

I ett utföringsexempel av uppfinningen innefattar de visade rören 94, 96, 98 i figur 8 av ett material som förgasas vid sintringsför- farandet. Därigenom kan rören 94, 96, 98 vara kvar i utrymmet nos verktyget under sintringsförfarandet utan att de påverkar den kemiska sammansättningen av den neutronabsorberande komponenten.

I ett utföringsexempel av uppfinningen positioneras de visade rören 94, 96, 98 i figur 8 så att ett avstånd bildas till botten av utrymmet hos verktyget. Därigenom kan det andra materialet till- 18 föras utrymrnet hos verktyget så att det fullständigt innesluter det första materialet.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan modifieras och varieras inom ramen för de efterföljan- de patentkraven.

Claims

10 15 20 25 30 35 19 KRAV

1. Neutronabsorberande komponent (1), innefattande en kärna (2) bestående av ett första material och ett skikt (3) bestående av ett andra materiaí, varvid skiktet (3) åtminstone delvis inne- sluter kärnan (2) och är anpassat att skydda kärnan (2) från en yttre omgivning, varvid det första materialet har en högre neu- tronabsorptionsförmåga än det andra materialet, kännetecknad g att den neutronabsorberande komponenten (1) innefattar ett intermediärt skikt (4) mellan kärnan (2) och skiktet (3), och att det intermediära skiktet (4) har en materialgradient som innefat- tar en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan (2) till skiktet (3) och en ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan (2) till skiktet (3).

2. Neutronabsorberande komponent (1) enligt krav 1, känne- tecknad av att komponenten (1) är anpassad att användas i fis- sionsreaktorer.

3. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av kraven 1 och 2, kännetecknad av att materialgradienten innefattar en successiv minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan (2) till skiktet (3) och en successiv ökning av kon- centrationen av det andra materialet från kärnan (2) till skiktet (3)-

4. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av de före- gående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) är väsentligen ogenomträngligt för gasformiga substanser, åtminstone helium.

5. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av de före- gående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) är väsentligen korrosionsbeständigt i en miljö hos en fissionsreaktor.

6. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av de före- gående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) har en porositet 10 15 20 25 30 20 med en total porvolym som är större eller lika med noll, och att kärnan (2) har en porositet med en total porvolym som är större än noll, varvid porvolymen hos porositeten i skiktet (3) är avse- värt mindre än porvolymen hos porositeten i kärnan (2).

7. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av .de före- gående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) innefattar åtmin- stone ett av ett metalliskt material och ett keramiskt material.

8. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av de före- gående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) består av åtmin- stone en substans vald ur gruppen Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC., SiN, ZrOZ, Al203, och blandningar därav, samt aveventuell ba- lans.

9. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av de före- gående kraven, kännetecknad av att kärnan (2) består av åtmin- stone en substans vald ur gruppen Hf, B, ln, Cd, Hg, Ag, Gd, Er, BxCy, BXNy, BXOy, och blandningar därav, samt av eventuell ba- lans.

10. Neutronabsorberande komponent (1) enligt något av de fö- regående kraven, kännetecknad av att komponenten (1) är av- sedd att placeras i en styrstav, varvid skiktet helt innesluter kär- nan.

11. Neutronabsorberande komponent (1) enligt krav 10, känne- tecknad av att styrstaven är utformad att användas i en lättvat- tenfissionsreaktor av typen kokvattenreaktor.

12. Neutronabsorberande komponent (1) enligt krav 11, känne- tecknad av att styrstaven är uppbyggd av åtminstone en blad- formad neutronabsorberande komponent. 10 15 20 25 30 35 21

13. Neutronabsorberande komponent (1) enligt krav 10, känne- tecknad av att styrstaven är utformad att användas i en lättvat- tenfissionsreaktor av typen tryckvattenreaktor.

14. Neutronabsorberande komponent (1) enligt krav 13, känne- tecknad av att styrstavein är uppbyggd av åtminstone en cylin- derformad neutronabsorberande komponent.

15. Förfarande för framställning av en neutronabsorberande komponent enligt något av kraven 1 - 14, varvid förfarandet in- nefattar stegen: tillförsel av det första materialet och det andra materi- alet till ett utrymme ho-s ett verktyg på så sätt att det andra ma- terialet åtminstone delvis innesluter det första materialet, sammansintring av det första och det andra materialet till den neutronabsorberande komponenten, så att det interme- diära skiktet mellan kärnan och skiktet bildas.

16. Förfarande enligt krav 15, varvid det vid tillförseln av det första materialet och det andra materialet bildas en intermediär zon mellan en inre del av utrymmet och en yttre del av utrym- met, och varvid den intermediära zonen innefattar en minskning av koncentrationen av det första materialet från den inre delen av utrymmet till den yttre delen av utrymmet och en ökning av koncentrationen av det andra materialet frän den inre delen av utrymmet till det yttre av utrymmet.

17. Förfarande enligt kravet 16, varvid utrymmet vibreras på så sätt att det första materialet och det andra materialet samman- förs och bildar den intermediära zonen.

18. Förfarande enligt något av kraven 15-17, varvid det första materialet som tillförs är i pulverform.

19. Förfarande enligt något av kraven 15-18, varvid det andra materialet som tillförs är i pulverform. 10 15 22

20. Förfarande enligt något av kraven 15-19, varvid utrymmet avdelas av ett inre rör som innefattar den inre delen, utrymmet avdelas av ett yttre rör som innefattar den yttre delen, varvid en mellanliggande del bildas mellan det yttre röret och det inre röret, och den mellanliggande delen tillförs en blandning av det första ma- terialet och det andra materialet för skapande av den intermedi- ära zonen.

21. Förfarande enligt krav 20, varvid den mellanliggande delen uppdelas i avdelningar av åtminstone ett mellanliggande rör, varvid avdelningarna tillförs blandningar av olika förhåtlande mellan koncentrationen av det första materialet och det andra materialet.