SE514802C2 - Absorbatorkropp och styrstav - Google Patents

Description

514 802 2 pen och sålunda träffa ändytan som därvid sväller. Ett sådant förhöjt neutronflöde mot absorbatorkroppen är speciellt tydligt vid ändarna hos de absorbatorkroppar som ligger vid ändarna hos en uppsättning av flera, efter varandra anordnade absorba- torkroppar.

Strålningsintensiteten är vanligtvis dessutom olika på olika sidor om absorbatorkroppen. Då absorbatorkroppen är bildad av en långsträckt stav som därigenom utsätts för ett förhöjt neutron- flöde mot en del av sin mantelyta, kommer staven att expan- dera, dvs. svälla mer utmed denna del. Därvid kommer eventuellt staven att böjas. Böjningen kan vara så stor att absorbatorstaven anligger mot och applicerar tryckkrafter mot den omgivande styrstavsväggen. Den senare utgörs normalt av stål med benägenhet till spänningskorrosion. Böjningen av absorbatorstaven resulterar sålunda i en risk för spänningskorrosionssprickor i den styrstavsvägg som omger denna.

Detta fenomen accentueras dessutom av den lokalt förhöjda svällningen vid absorbatorstavarnas ändar.

Hos absorbatorkroppar förekommer s k självskärmning, dvs att perifera områden hos absorbatorkroppen har en sådan strål- ningsabsorberande förmåga att enbart en reducerad mängd strålning når in till kroppens centrala parti. Därför kommer ab- sorbatorkropparnas centrum att utsättas för mindre mängd strål- ning än deras perifera partier. Spänningar kommer att uppstå mellan centrum och det perifera partierna, eftersom de senare är föremål för en förhöjd svällning. I värsta fall kan spänning- arna bli så stora i axiell led att absorbatorstaven går av. En solid stav skulle, baserat på erfarenhet, på grund av inre spänningar därvid brytas sönder i stycken som har en längd som väsentli- gen motsvarar stavens diameter. En sådan uppdelning av en absorbatorstav i flera mindre stycken är inte önskvärd. 5147802 3 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en absorbatorkropp som har en sådan utformning att de ovan nämnda nackdelarna reduceras eller helt och hållet avhjälps.

Absorbatorkroppen skall dessutom vara enkel och billig att till- verka.

Detta syfte uppnås medelst en absorbatorkropp av det inled- ningsvis definierade slaget, vilken är kännetecknad av att den innefattar åtminstone ett område med lokalt reducerad tjocklek.

Genom att förse absorbatorkroppen med ett sådant område ska- pas ett lokalt expansionsutrymme i detta område. Området kan vara så utformat att absorbatorkroppens periferi lokalt kan tillå- tas expandera just där, varigenom spänningar mellan absorba- torkroppens centrum och dess perifera områden reduceras och en sönderbrytning av absorbatorkroppen på grund av uppkoms- ten av sådana spänningar undviks. Genom lämplig placering av nämnda område kan dessutom tendensen till böjning av kroppen på grund av ojämnt fördelad strålning reduceras. Området med lokalt reducerad tjocklek kan dessutom ha sådan form och ut- sträckning att absorbatorkroppen tenderar att brytas av vid detta område om den ändå på grund av ojämnt fördelad strålning böjs så att den applicerar tryckkrafter mot omkringliggande styr- stavsväggar. Därigenom kan på ovan nämnda sätt orsakad spänningskorrosionssprickbildning i styrstavsväggen reduceras eller helt och hållet avhjälpas.

Enligt ett föredraget utförande är åtminstone ett område med lokalt reducerad tjocklek definierat av åtminstone en urtagning, som är anordnad i en ytteryta hos absorbatorkroppen. Genom anordnandet av en urtagning, kan området göras mycket lokalt och ett skarpt och tydligt svällningsutrymme bildas. Den definie- rar därvid ett utrymme in i vilket absorbatorkroppens ytterpartier kan expandera då de utsätts för ett större neutronflöde än ab- 514 802 4 sorbatorkroppens centrum. En urtagning är dessutom enkel att åstadkomma vid framställningen av en absorbatorkropp.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är absorbatorkroppen långsträckt och sträcker sig nämnda åtminstone ena urtagning tvärs absorbatorkroppens längdriktning. Genom att urtagningen sträcker sig på detta sätt möjliggörs en axiell expansion hos ab- sorbatorkroppens perifera parti.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande sträcker sig nämnda åtminstone ena urtagning som en sluten, ringformad slinga runt kroppens omfång. Därigenom möjliggörs en svällning hos ab- sorbatorkroppens perifera parti över hela absorbatorkroppens tvärsnitt där urtagningen är anordnad. En sådan urtagning kan enkelt göras så djup att kroppens centrum i detta område blir så försvagat att kroppen bryts där då den utsätts för böjkrafter, så- som då den på grund av ojämnt fördelad bestrålning böjs så att den lokalt trycker mot den omgivande styrstavsväggen. Då ab- sorbatorkroppen är en stav, spelar det ingen roll i vilken rota- tionsposition den är inskjuten i ett mottagande hål i styrstavs- bladet, eftersom en på detta sätt anordnad urtagning tillåter axi- ell expansion av kroppens perifera parti över hela kroppens tvärsnitt.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande täcker nämnda åtmin- stone ena urtagning approximativt 2-15% av nämnda ytterytas totala area, företrädesvis 5-10%. För en typisk absorbatorstav med en längd av ca 100 mm och en diameter av ca 5 mm ska- pas därigenom tillräckligt expansionsutrymme för stavens peri- fera partier i axiell riktning, samtidigt som urtagningen eller ur- tagningarna utgör så liten andel av ytterytans area och kroppens volym att ej någon betydande minskning av kroppens strålnings- absorptionsförmåga erhålls.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är absorbatorkroppen väsentligen stavformad och är nämnda ytteryta dess mantelyta. 514 802 Anordnandet av ett eller flera områden i absorbatorkroppen med reducerad tjocklek, dvs reducerad diameter, ger särskilt god lösning på det problem som uppfinningen ställer.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är förhållandet mellan nämnda urtagnings djup d och absorbatorkroppens tjocklek t i området invid urtagningen d/t _<_ 0,40, företrädesvis d/t _<_ 0,35.

Vid större djup än dessa erhålls en i vissa fall oönskad försvag- ning av absorbatorkroppen i det område där dess tjocklek är re- ducerad. Förhållandet d/t bör för övrigt vara större än 0,02 för att urtagningen skall ha de funktioner som beskrivits ovan. En eller flera urtagningar med ett sådant djup att d/t år mindre än approximativt 0,02 kan också vara anordnade, men har då en helt annan uppgift att fylla, i första hand att fungera som brott- initieringsplatser hos staven där det kan vara önskvärt att denna bryts.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är ett flertal urtag- ningar anordnade på avstånd från varandra i kroppens längd- riktning sett. Därigenom undviks effektivt uppkomst av spän- ningar mellan kroppens perifera partier och dess centrum på grund av den större mängden strålning och den större svällning som absorbatorkroppens perifera parti är föremål för relativt dess centrum. Bredden hos urtagningarna är med fördel anpas- sad till avståndet mellan dessa, så att den totala bredd som ur- tagningarna tillsammans definierar utgör approximativt 2-15%, företrädesvis 5-10% av absorbatorkroppens längd då denna har formen av en stav med godtyckligt tvärsnitt.

Enligt ytterligare ett utförande är absorbatorkroppen'långsträckt och är nämnda område lokaliserat vid åtminstone en av dess ändar. Genom lokalisering av området med reducerad tjocklek till åtminstone en av en sådan långsträckt kropps ändar, skapas ett utrymme för svällning vid denna ände. Eftersom absorbator- kroppen utsätts för förhöjd strålning vid änden, och sålunda är föremål för en förhöjd svällning i detta område undviker man ge- 514 soz 6 nom detta särdrag att kroppen sväller så mycket i radiell riktning vid denna ände att den på grund därav kommer att generera tryckkrafter mot den omgivande styrstavsväggen. Ändområdet blir heller inte lika kritiskt i det avseende då absorbatorkroppen på grund av att den är föremål för ojämnt fördelad strålning bö- jer sig något. Tjockleksreduktionen i detta område är lämpligtvis anpassad så att kroppens tjocklek i detta område aldrig under absorbatorstaven livslängd expanderar till oproportionerlig stor- lek i förhållande till tjockleken hos absorbatorkroppen i övrigt.

Genom anordnandet av området med reducerad tjocklek vid nämnda ände är det, i fallet med absorbatorstavar av borkarbid möjligt att undvika användandet av en cylinder av hafnium som enligt tidigare teknik placeras ytterst i den kanal i vilken absor- batorkroppen/kropparna är placerade i syfte att dämpa neutron- flödet mot den yttersta absorbatorstavens ände.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är nämnda område de- finierat av en avfasning av kroppen vid nämnda ände. En sådan avfasning ger bl a en gradvis anpassning av absorbatorkroppens tjocklek fram till dess absoluta ände, där den sålunda är som smalast och där neutronflödet är som störst och kroppen är fö- remål för störst expansion i radiell riktning.

Uppfinningen avser även en styrstav för en kärnenergianlägg- ning, vilken styrstav är kännetecknad av att den innefattar åt- minstone en absorbatorkropp med de ovan nämnda särdragen.

Ytterligare fördelar med och särdrag hos uppfinningen kommer att framgå av övriga osjälvständiga patentkrav samt av den föl- jande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV RlTNlNGARNA Uppfinningen skall härefter i exemplifierande men inte begrän- sande syfte beskrivas med hänvisning till de bifogade ritning- arna, på vilka: Fig 1 är en sidovy av ett utförande av en absorbatorkropp enligt uppfinningen, Fig 2 är en sidovy av en detalj hos absorbatorkroppen i förstorad skala, Fig 3 är en tvärsnittsvy enligt lll-lll i Fig 1, och Fig 4 är en schematisk perspektivvy av en styrstav enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRANDE I Fig 1-3 visas en absorbatorkropp enligt ett utförande av upp- finningen. Absorbatorkroppen 1 är utformad som en stav av ett neutronabsorberande material, här borkarbid, B4C, med en längd av approximativt 100 mm, och en tjocklek t av i storleks- ordningen 5,6 mm utmed större delen av dess längd och en re- ducerad tjocklek av i storleksordningen 5 mm vid dess bägge ändar. Såsom framgår av Fig 3 har absorbatorkroppen 1 ett vä- sentligen cirkulärt tvärsnitt, varför dess tjocklek t är densamma som dess diameter.

Absorbatorkroppen 1 innefattar ett flertal områden 2, 3, 4 med lokalt reducerad tjocklek. Två sådana områden 2, 3 är anord- nade vid absorbatorkroppens 1 motsatta ändar. Områdena 2, 3 är definierade genom en avfasning av absorbatorkroppen 1 så att dess tjocklek avtar i riktning mot de respektive ändarna. Om- rådenas 2, 3 längd l motsvarar väsentligen absorbatorkroppens 1 tjocklek. Sålunda är längden I hos områdena 2, 3 i detta fall av i storleksordningen 5 mm. Betydande avvikelser från dessa mått kan emellertid förekomma. Följaktligen kan den maximala tjock- leksreduktionen i dessa områden 2, 3 vara av i storleksord- ningen 2-20%, företrädesvis 5-15% och mest föredraget 7-12%.

Områdenas 2, 3 längd I kan vara av i storleksordningen 0,25 x t till 2 x t, företrädesvis 0,5 x t till 1,5 x t, och mest föredraget 0,7 x t till 1,2 x t. Områdena 2, 3 behöver heller inte vara definie- rade genom en avfasning av absorbatorkroppen 1, utan skulle 514 802 8 även kunna vara definierade genom en trappstegsliknande re- duktion av absorbatorkroppens 1 tjocklek.

Ett flertal ytterligare områden 4 med reducerad tjocklek är dess- utom anordnade på absorbatorkroppen 1. Dessa områden 4 är definierade av urtagningar 4 eller skåror som var och en sträcker sig runt absorbatorkroppens 1 omfång och därvid defi- nierar cirkulära anvisningar i denna. Vid varje urtagning 4 uppvi- sar sålunda absorbatorkroppen 1 en skarpt markerad midja som har en reducerad tjocklek relativt det närmast intilliggande par- tiet 5 hos absorbatorkroppen 1. Avståndet mellan urtagningarna 4 kan variera och exempelvis vara av i storleksordningen 0,5 x t till 10 x t, företrädesvis 1 x t till 5 x t, eller, såsom här, av i storleksordningen 1,5 x t till 2,5 x t. Urtagningarna 4 är väsentli- gen jämnt utspridda utmed absorbatorkroppens 1 längd. Det material som bortgår för anordnandet av respektive skåra 4 är litet, dvs absorbatorkroppens 1 nedsatta absorptionskapacitet är liten, i förhållande till den möjlighet till expansion i axiell riktning hos kroppens perifera parti som sådana skåror möjliggör.

Urtagningarna 4 har ett djup d som kan variera avsevärt från fall till fall. För att inte försvaga absorbatorkroppen alltför mycket är förhållandet mellan nämnda urtagningars 4 djup d och absorba- torkroppens 1 tjocklek t _<_ 0,4, företrädesvis _<_ 0,35. I det visade utförandet har samtliga urtagningar 4 väsentligen samma djup, men de skulle kunna anordnas på sådant sätt att de omväxlande hade ett större respektive mindre djup utmed absorbatorkrop- pens 1 längd.

Varje urtagning 4 har en bredd av i storleksordningen 0,02 x t till 0,4 x t, företrädesvis 0,05 x t till 0,2 x t. Därvid avses bredden hos urtagningarna 4 vid absorbatorkroppens 1 ytteryta. I det vi- sade utförandet avtar urtagningarnas 4 bredd i riktning mot ab- sorbatorkroppens 1 centrum. Den totala bredden bm för samtliga urtagningar 4 utmed absorbatorkroppens 1 längd utgör här 5- % av nämnda längd. 514 802 9 Urtagningarna 4 reducerar förekomsten av spänningar mellan absorbatorkroppens 1 perifera parti och dess centrum, varvid avses de spänningar som uppstår på grund av att en mindre mängd strålning når in till centrum och att följaktligen de perifera partierna är föremål för en större strålningsinducerad expan- sion/svällning än absorbatorkroppens 1 centrum. Tack vare fö- rekomsten av urtagningarna 4 kommer sålunda absorbatorkrop- pen 1 att ha en ökad livslängd i förhållande till en motsvarande absorbatorkropp utan nämnda urtagningar 4. En sådan solid stav kommer, baserat på erfarenhet, att brista i stycken av un- gefärligen diameterns längd eller i ett större antal stycken än vad som är fallet med den med urtagningarna 4 försedda absor- batorkroppen 1. En sådan uppdelning av en solid stav leder, på grund av en viss ompositionering, till en större total axiell för- längning än den förlängning som centrumdelen i den med urtag- ningarna 4 försedda absorbatorkroppen 1 undergår om denna inte brister. l fig 4 visas en styrstav 6 för styrning av neutronflödet i en kärn- energianläggning av konventionellt slag. Styrstaven innefattar fyra blad 7 vilka vart och ett innefattar ett flertal kanaler 8 som sträcker sig från respektive blads 7 fria ytterände mot styrsta- vens 6 centrum, där bladen möts. l åtminstone vissa av nämnda kanaler 8 är en absorbatorkropp 1 enligt uppfinningen anordnad, företrädesvis hermetiskt innesluten. En längre eller ett flertal kortare absorbatorkroppar 1 kan vara anordnade i en sådan kanal 8.

Det är uppenbart att en fackman inom området kommer att inse ett flertal möjliga varianter och alternativa utföranden av före- målet för uppfinningen utan att denne därvid frångår uppfinning- ens ram. Uppfinningen skall enbart betraktas som begränsad av bifogade patentkrav, med stöd av beskrivningen och den bifo- gade ritningen. r . r \ . . sm 802 Exempelvis anpassas enskilda absorbatorstavars dimension till den förväntade svällningen i de olika positionerna i styrstavarna.

Det vore för övrigt även möjligt att låta den åtminstone ena ur- tagningen sträcka sig skruviinjeformigt utmed absorbatorkrop- penslängd.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 514 802 11 Patentkrav

1. Långsträckt absorbatorkropp (1) av ett neutronabsorbe- rande material inrättad att absorbera strålning i en kärnenergi- anläggning, kännetecknad av att var och en av absorbatorkrop- pens (1) båda ändar innefattar ett område (2, 3) med lokalt re- ducerad tjocklek och av att absorbatorkroppen (1) mellan dessa vid ändarna belägna områden (2, 3) innefattar ett flertal områ- den (4) med lokalt reducerad tjocklek definierade av urtagningar (4) anordnade i en ytteryta (5) hos absorbatorkroppen (1).

2. Absorbatorkropp enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda urtagningar (4) sträcker sig tvärs absorbatorkroppens (1) längdriktning.

3. Absorbatorkropp enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda urtagningar (4) sträcker sig runt åtminstone en del av kroppens (1) omfång.

4. Absorbatorkropp enligt något av kraven 2-3, kännetecknad av att nämnda urtagningar (4) sträcker sig som slutna, ringfor- made slingor runt kroppens (1) omfång. _

5. Absorbatorkropp enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att nämnda urtagningar (4) täcker approximativt 2-15% av nämnda ytterytas (5) totala area, företrädesvis 5-10% av nämnda area.

6. Absorbatorkropp enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att den är väsentligen stavformad och att nämnda ytteryta (5) är dess cylinderyta.

7. Absorbatorkropp enligt något av kraven 1-6, a_v att förhållandet mellan nämnda urtagningsdjup (d) och absor- batorkroppens tjocklek (t) i området invid urtagningen (4) är d/t 5 0,40, företrädesvis d/t 5 0,35. 514 802 12

8. Absorbatorkropp enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att nämnda vid ändarna belägna områdena (2, 3) med lokalt reducerad tjocklek är definierade av avfasningar av kroppen (1) vid nämnda ändar.

9. _ Styrstav för en kärnenergianläggning, kännetecknad av att den innefattar en absorbatorkropp (1) enligt något av kraven 1- 8.