WO1996023309A1 - Steuerstab zur kontrolle der reaktivität eines reaktorkerns einer kernkraftanlage, verwendung des steuerstabs in einem siedewasser-reaktor sowie verfahren zur herstellung eines steuerstabs - Google Patents

Steuerstab zur kontrolle der reaktivität eines reaktorkerns einer kernkraftanlage, verwendung des steuerstabs in einem siedewasser-reaktor sowie verfahren zur herstellung eines steuerstabs Download PDF

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WO1996023309A1
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control rod
neutron
absorbing material
component
alloy
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Jean Mattern
Ernst Höger
Werner Gries
Günter Zeitzschel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00—Control of nuclear reaction
    • G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
    • G21C7/08—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
    • G21C7/10—Construction of control elements
    • G21C7/113—Control elements made of flat elements; Control elements having cruciform cross-section
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/18—Manufacture of control elements covered by group G21C7/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • Control rod for controlling the reactivity of a reactor core of a nuclear power plant, use of the control rod in a boiling water reactor and method for producing a control rod
  • the invention relates to a control rod for controlling the reactivity of a reactor core of a nuclear power plant, a use of the control rod in a boiling water reactor and a method for producing a control rod directed along a main axis.
  • a nuclear power plant which has a reactor core
  • the reactor core contains the fuel elements provided with a fissile material, which are arranged so that gaps remain between them, in particular for guiding coolant.
  • the control rods which for this purpose preferably have a cross-shaped cross-sectional profile, can be introduced into this column. In a boiling water reactor, the control rods are inserted between the fuel elements from below.
  • a control rod can consist of a central part which extends along a main axis, which is, for example, a central profile rod, and also of cladding sheets in the form of wings which also extend along the main axis and which are welded to the central part.
  • Each wing encloses a series of steel tubes which are filled with boron carbide as a neutron absorbing material and which are tightly sealed by welding.
  • the steel tubes can have a round or square cross section and can be arranged lengthwise or transversely to the main axis.
  • the boron carbide is vibrated into the steel tubes introduced, wherein it is segmented in each steel tube by steel balls. If a steel tube is damaged, this will prevent an excessive loss of the neutron-absorbing material.
  • each jacket sheet has a large number of holes through which cooling water from the reactor core can flow and which can cool the steel tubes.
  • EP-0 158 043 A1 describes an arrangement of control rods in a nuclear power plant, in which two different types of control rods are used.
  • the control rods of one type have a large capture cross section and the control rods of the other type have a small capture cross section for thermal neutrons.
  • EP-0 158 043 AI does not provide any information about the specific design of the respective control rods, in particular the geometry.
  • the control rods can consist of a stainless steel, to which a neutron-absorbing material can be added by means of coating, alloying or admixing.
  • boron carbide, hafnium or a silver-indium-cadmium alloy which have a high capture cross section for thermal neutrons, would be used as the neutron absorbing material. Because of the problems when using boron carbide, there are EP 0 158 043 AI prefers the two other neutron-absorbing materials mentioned.
  • the object of the invention is to provide a control rod which is stable in shape and less susceptible to damage and which ensures a constant and uniform distribution of a neutron-absorbing material. Another object is to provide a method for manufacturing a control rod.
  • the task directed at a control rod is solved by a control rod for controlling the reactivity of a reactor core of a nuclear power plant, which is directed along a main axis and has at least one component made of a cast alloy with a single element ⁇ alloyed portion of a neutron absorbing material.
  • a direct integration into the metallic cast alloy ensures a permanent and even distribution of the neutron-absorbing material in the control rod.
  • the component consisting of the metallic cast alloy is dimensionally stable, so that the control rod as a whole also remains dimensionally stable. is executable. A loss of neutron absorbing material and a hindrance to the free movement of the control rod are largely ruled out.
  • a control rod with a component produced by casting can be produced in a technically simple and stable manner, which also leads to a significant cost reduction. This is particularly the case if the part of the control rod used to control the reactivity is produced as an elongated cast component consisting of one piece. The use of a steel casting process or other large-scale casting processes is preferably suitable for this.
  • the proportion of the neutron-absorbing material in the metallic compound is preferably more than 1% by weight. Due to such a proportion of the neutron-absorbing material, a control rod produced therefrom has a sufficient amount of neutron-absorbing material. This ensures an effective and reliable control of the reactivity and the setting of the power distribution over the cross section of the reactor core by means of the control rod.
  • the proportion by weight of the neutron-absorbing material can be up to 4% by weight or more, for example between 4% by weight and 12% by weight, in particular 8% by weight.
  • the neutron absorbing material is preferably boron, cadmium or hafnium. Depending on the application and the size and weight of the control rod, a different neutron-absorbing material can also be used.
  • control rod in particular when used in a boiling water reactor, has a cross-like cross-sectional profile in a plane perpendicular to the main axis, the center (crossing point) of the cross being the main axis of the
  • Control rod is.
  • a control rod with a cross-shaped cross section can directly replace a control rod used there in existing nuclear power plants with the same mode of operation.
  • the component containing the neutron absorbing material preferably consists of a casting, in particular a cast steel, it being possible for the component to be a plate.
  • the steel used for this purpose is preferably a stainless steel with appropriate flow properties.
  • the steel can be purely ferritic.
  • the cast alloy can also consist of an essentially iron-free or low-iron alloy.
  • Such an alloy preferably has nickel and / or chromium.
  • the proportion of nickel can be from 60% by weight to 70% by weight.
  • the possible proportion of the egg is significantly lower than the proportion of nickel and chromium.
  • a plurality of plate-shaped components can be used be connected to a central profile rod running along the main axis, the plates forming a cross like a wing.
  • the plates can be surrounded by a sheet metal jacket made of stainless steel. In this way, in particular, a uniform surface of the wings of the control rod is achieved.
  • Both a control rod constructed from plates and a control rod cast from a single piece have a significantly simplified structure compared to known control rods and are significantly cheaper in their production costs.
  • a control rod with a component consisting of a steel with a portion of a neutron-absorbing material is particularly suitable for use in a nuclear power plant, in particular in a boiling water reactor, since such a control rod is particularly simple to meet the geometrical conditions within of the reactor core is adaptable.
  • the control rod can be produced simply and in accordance with the requirements for the control of the reactivity and the setting of the power distribution.
  • the control rod preferably has a head piece and a foot piece, which are each provided with rollers, so that the control rod is easily displaceable between the fuel elements and in a control rod guide tube arranged below them.
  • the foot piece of the control rod ends in a coupling which enables the control rod to be separated from an associated control rod drive and thus enables the control rod to be easily removed.
  • the object aimed at a method for producing a control rod, in particular for a control rod which extends along a main axis, is achieved in that a metallic compound, for example a nickel and / or chromium-based alloy, has a proportion of a neutron absorbing material is poured into a negative for a component of the control rod. After this compound, in particular an alloy, has cooled, the component, O 96/23309 PCIYDE96 / 00070
  • the control rod is constructed.
  • the component can form as a single casting the entire part of the control rod that serves for neutron absorption.
  • the component can also be cast as a plate or as another suitable profile and the control rod can be constructed with a plurality of such plates (profiles).
  • the component can also be a cruciform sub-segment of the control rod, in particular for a boiling water reactor, the neutron-absorbing part of the control rod being formed by connecting a plurality of such sub-segments.
  • the proportion of the neutron-absorbing material is preferably set to over 1% by weight, for example up to 4% by weight. Boron is preferably used as the neutron absorbing material.
  • the alloy is melted and / or the neutron-absorbing material, the boron, is added under a protective gas atmosphere.
  • the alloy is preferably slowly cooled after casting by additional heating, for example in an oven.
  • control rod The control rod and the method for producing the control rod are explained in more detail with the aid of the drawing. It shows schematically and not to scale:
  • FIG. 2 shows a cross section of the control rod according to FIG. 1 and
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a control rod.
  • the control rod 1 shows a control rod 1 for a boiling water reactor, which is directed along a main axis 2.
  • the control rod 1 has a head part 6, which merges into a component 3 which serves to absorb neutrons and along which the main axis 2 connects a foot part 7.
  • the foot part 7 has a coupling 9 along the main axis 2, via which the control rod 1 is connected to a control rod drive, not shown here.
  • the foot part 7 also has four plate-shaped, cross-shaped extensions in the area of the coupling 9, each of which has a roller 10 for easier guidance of the control rod 1.
  • the component 3 is cast from a single piece of a nickel-chrome base alloy and, as shown in FIG. 2, has a cross-shaped cross-sectional profile 4.
  • the cross-shaped cross-sectional profile 4 is formed by four plate-like wings 5 which are perpendicular to one another formed, which converge on the main axis 2 in a center 4a of the cross.
  • the entire control rod 1 has a length of approximately 4.5 m, the neutron absorbing part of the control rod 1 formed by component 3 having a length of approximately 3.7 m.
  • the wings 5 have a width of about 12 cm and a thickness of about 1 cm.
  • the control rod 1 can be dimensioned differently, in particular the cross-shaped configuration can be asymmetrical.
  • FIG. 3 shows a control rod 1 with the same shape as in FIG. 1. The meaning of the individual reference symbols is retained accordingly.
  • the wings 5 of the control rod are in this case formed by a plurality of components 3, which are made of cast neutron-absorbing plates 3a.
  • the wing 5 forming plates 3a are surrounded by an order 8 around a stainless steel sheet.
  • the plates 3a can be firmly connected to one another or with a profile rod 11 running along the main axis 2, in particular welded.
  • the plates 3a and component 3 according to FIG. 3 and FIG. 1 are preferably made of cast iron, the alloy being rustproof and containing more than three percent of a neutron-absorbing material, such as boron or hafnium.
  • the control rod contains 1 a sufficient amount of neutron-absorbing material so that it is possible to control the reactivity of a nuclear power plant and to set a favorable power distribution over the cross section of a reactor core with the control rod 1.
  • the control rod 1 can be produced as a cast part in a particularly simple structure.
  • the control rod 1 is also extremely dimensionally stable due to the use of a casting or a plurality of castings which are firmly connected to one another.
  • a cross-sectional shape of the control rod other than a cross-shaped one, is also easy to produce, so that a suitable control rod can be produced for almost every type of reactor, in particular a boiling water or pressurized water reactor.
  • the invention is characterized by a control rod which is particularly easy to manufacture and which has a stable shape and which has at least one component which consists of a rustproof alloy and which has a proportion of neutron-absorbing material such as boron or hafnium.
  • the control rod is preferably produced as a cast with a proportion of 1% by weight to 12% by weight of the neutron-absorbing material.
  • the boron is largely spatially uniformly and firmly distributed in the control rod, so that there is no loss of the neutron-absorbing material even if the control rod is damaged.
  • the control rod is particularly suitable for retrofitting and retrofitting boiling water reactors.
  • the cast alloy can also be largely iron-free, e.g. predominantly nickel and / or chromium (approx. 60 wt.% to 70 wt.%).

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Steuerstab (1) zur Kontrolle der Reaktivität eines Reaktorkerns einer Kernkraftanlage, welcher entlang einer Hauptachse (2) gerichtet ist und zumindest eine Komponente (3) aufweist, die aus einer Guß-Legierung, insbesondere einem Stahl oder einer Nickel-Chrom-Basislegierung, mit einem Anteil eines neutronenabsorbierenden Materials besteht. Der der Absorption von Neutronen dienende Teil des Steuerstabes (1) kann durch Guß aus einer einzigen Komponente (3) hergestellt oder aus plattenförmigen Guß-Komponenten (3a) aufgebaut sein. Hierdurch ist ein geometrisch einfacher und formstabiler Steuerstab (1) herstellbar, der das neutronenabsorbierende Material in ausreichender und räumlich gleichmäßig verteilter Form aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des Steuerstabes (1) in einem Siedewasser-Reaktor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entlang einer Hauptachse (2) gerichteten Steuerstabes (1).

Description

Beschreibung
Steuerstab zur Kontrolle der Reaktivität eines Reaktorkerns einer Kernkraftanlage, Verwendung des Steuerstabs n einem Siedewasser-Reaktor sowie Verfahren zur Herstellung eines Steuerstabs
Die Erfindung betrifft einen Steuerstab zur Kontrolle der Re¬ aktivität eines Reaktorkerns einer Kernkraftanlage, eine Ver- wendung des Steuerstabs in einem Siedewasser-Reaktor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entlang einer Haupcachse gerichteten Steuerstabs.
In einer Kernkraftaniage, welche einen Reaktorkern aufweist, ist in der Regel eine Mehrzahl von Steuerstäben vorhanden, die der Kontrolle der Reaktivität sowie dem Einstellen einer günstigen Leistungsverteilung über den Querschnitt des Reak¬ torkerns dienen. Der Reaktorkern enthält die mit einem spalt¬ baren Material versehenen Brennelemente, welche so angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte, insbesondere zur Führung von Kühlmittel, verbleiben. In diese Spalte können die Steuerstä¬ be eingeführt werden, welche hierzu vorzugsweise ein kreuz¬ förmiges Querschnittsprofil besitzen. Bei einem Siedewasser- Reaktor werden die Steuerstäbe von unten zwischen die Brenn- elemente eingefahren.
Ein Steuerstab kann aus einem sich entlang einer Hauptachse erstreckenden Mittelteil, welcher beispielsweise ein zentra¬ ler Profilstab ist, sowie aus ebenfalls sich entlang der Hauptachse erstreckenden Mantelblechen n Form von Flügeln, welche an das Mittelteil angeschweißt sind, bestehen. Jeder Flügel umschließt eine Reihe von Stahlrchrcnen, die m t Bor- carbid als neutronenabsorbierendem Material gefüllt und mit¬ tels Schweißen dicht verschlossen sind. Die Stahlrόhrchen können einen runden oder quadratischen Querschnitt haben so¬ wie längs oder quer zur Hauptachse angeordnet sein. Das Bor- carbid wird mittels eines Vibrationsverfahrens in die Stahl- rόhrchen eingebracht, wobei es in jedem Stahlrόhrchen durch Stahlkugeln segmentiert wird. Bei einer Beschädigung eines Stahlröhrchens wird hierdurch ein allzu großer Verlust des neutronenabsorbierenden Materials verhinder . Zur Kühlung der Stahlröhrchen weist jedes Mantelblech eine Vielzahl von Boh¬ rungen auf, durch die Kühlwasser des Reaktorkerns strömen und die Stahlröhrchen kühlen kann.
Bei einem solchen Steuerstab kann unter Umständen während ei- nes längeren Einsatzes in einem Reaktorkern eine Beschädigung eines Stahlröhrchens und damit ein Verlust an neutronenabsor¬ bierenden Material, dem Borcarbid, auftreten. Eine solche Be¬ schädigung kann beispielsweise ein Aufreißen des Stahl¬ röhrchens infolge eines einen kritischen Wert übersteigenden Spaltgasdruckes in seinem Inneren oder durch Bruch einer Löt- oder Schweißstelle, die zum Verschließen des Stahlröhrchens an der Stirnseite dient, sein. Zudem besteht die Möglichkeit, daß ein Mantelblech durch die in dem Reaktorkern herrschende radioaktive Strahlung aufreißt oder sich in seiner Form än- dert, wodurch die freie Verschieblichkeit des Steuerstabs be¬ einträchtigt werden kann.
In der EP-0 158 043 AI ist eine Anordnung von Steuerstäben in einer Kernkrafanl ge beschrieben, bei der zwei unterschiedli- ehe Arten von Steuerstäben eingesetzt werden. Die Steuerstäbe der einen Art besitzen einen großen Einfangquerschnitt und die Steuerstäbe der anderen Art einen kleinen Einfangsquer¬ schnitt für thermische Neutronen auf. Über die konkrete Aus¬ führung der jeweiligen Steuerstäbe, insbesondere der Geome- trie, gibt die EP-0 158 043 AI keine Auskunft. Die Steuer¬ stäbe können aus einem rostfreien Stahl bestehen, dem mittels Beschichten, Zulegieren oder Zumischen ein neutronenabsorbie¬ rendes Material zugefügt werden kann. Als neutronenabsorbie¬ rendes Material kämen prinzipiell Borcarbid, Hafnium oder eine Silber-Indium-Cadmiumlegierung zum Einsatz, die einen hohen Einfangquerschnitt für thermische Neutronen besitzen. Aufgrund der Probleme bei Verwendung von Borcarbid gibt die EP 0 158 043 AI den beiden anderen genannten neutronenabsor¬ bierenden Materialien den Vorzug.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Steuerstab anzugeben, der in seiner Form beständig und wenig anfällig für Beschädigun¬ gen ist sowie eine gleichbleibende und gleichmäßige Vertei¬ lung eines neutronenabsorbierenden Materials gewährleistet. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Steuerstabs anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die auf einen Steuerstab gerichtete Auf¬ gabe gelöst durch einen Steuerstab zur Kontrolle der Reakti¬ vität eines Reaktorkerns einer Kernkraftanlage, welcher ent¬ lang einer Hauptachse gerichtet ist und zumindest eine Kompo- nente aufweist, die aus einer Guß-Legierung mit einem einle¬ gierten Anteil an einem neutronenabsorbierenden Material be¬ steht.
Durch eine unmittelbare Einbindung in die metallische Guß-Le- gierung ist eine dauerhafte und gleichmäßige Verteilung des neutronenabsorbierenden Materials in dem Steuerstab gewähr¬ leistet. Darüber hinaus ist die aus der metallischen Guß-Le¬ gierung bestehende Komponente formbeständig, so daß ebenfalls der Steuerstab in seiner Gesamtheit formbeständig. ausführbar ist. Ein Verlust an neutronenabsorbierenden Material sowie eine Behinderung der freien Verschieblichkeit des Steuersta¬ bes ist weitgehend ausgeschlossen. Zudem ist ein Steuerstab mit einer durch Gießen hergestellten Komponente technisch einfach und stabil herstellbar, was zudem zu einer deutlichen Kostenreduktion führt. Dies insbesondere, wenn der zur Kon¬ trolle der Reaktivität dienende Teil des Steuerstabes als ei¬ ne langgestreckte, aus einem Stück bestehenden gegossenen Komponente hergestellt ist. Hierzu eignet sich bevorzugt die Anwendung eines Stahlgußverfahrens oder anderer großtechni- scher Gußverfahren.
Bevorzugt beträgt der Anteil des neutronenabsorbierenden Ma¬ terials an der metallischen Verbindung mehr als 1 Gew.%. Durch einen solchen Anteil des neutronenabsorbierenden Mate¬ rials weist ein daraus hergestellter Steuerstab eine hinrei¬ chende Menge an neutronenabsorbierendem Material auf. Dadurch ist eine wirksame und zuverlässige Kontrolle der Reaktivität sowie der Einstellung der Leistungsverteilung über den Quer¬ schnitt des Reaktorkerns mittels des Steuerstabs gewährlei¬ stet. Der Gewichtsanteil des neutronenabsorbierenden Materi¬ als kann bis zu 4 Gew.-% oder darüber, beispielsweise zwi¬ schen 4 Gew.-% bis 12 Gew.-%, insbesondere 8 Gew.-%, betra- gen.
Bevorzugt ist das neutronenabsorbierende Material Bor, Cad- mium oder Hafnium. Es kann je nach Anwendungsfall sowie Größe und Gewicht des Steuerstabes auch ein anderes neutronenabsor- bierendes Material verwendet werden.
Vorzugsweise hat der Steuerstab, insbesondere bei Verwendung in einem Siedewasser-Reaktor, in einer Ebene senkrecht zur Hauptachse ein kreuzartiges Querschnittsprofil, wobei der Mittelpunkt (Kreuzungspunkt) des Kreuzes die Hauptachse des
Steuerstabes ist. Ein Steuerstab mit kreuzartigen Querschnitt kann in bereits bestehenden Kernkraftanlagen unmittelbar ei¬ nen dort eingesetzten Steuerstab bei gleicher Wirkungsweise ersetzen.
Die das neutronenabsorbierende Material enthaltende Komponen¬ te besteht vorzugsweise aus einem Guß, insbesondere einem Stahlguß, wobei die Komponente eine Platte sein kann. Der hierzu verwendete Stahl ist vorzugsweise ein nichtrostender Edelstahl mit entsprechenden Fließeigenschaf en. Der Stahl kann hierzu rein ferritisch sein. Die Guß-Legierung kann auch aus einer im wesentlichen eisenfreien oder eisenarmen Legie¬ rung bestehen. Eine solche Legierung weist vorzugsweise Nik¬ kei und/oder Chrom auf. Der Anteil des Nickels kann bei 60 Gew.-% bis 70 Gew.-% liegen. Der mögliche Anteil des Ei¬ sens ist deutlich geringer als der Anteil an Nickel und Chrom. Eine Mehrzahl von plattenförmigen Komponenten kann mit einem entlang der Hauptachse verlaufenden zentralen Profil- stab verbunden sein, wobei die Platten flügelartig ein Kreuz bilden. Die Platten können von einer Blechu mantelung aus Edelstahl umgeben sein. Hierdurch wird insbesondere eine ein¬ heitliche Oberfläche der Flügel des Steuerstabes erreicht. Sowohl ein aus Platten aufgebauter Steuerstab als auch ein aus einem einzigen Stück gegossener Steuerstab hat gegenüber bekannten Steuerstäben eine deutlich vereinfachte Struktur und ist in seinen Herstellungskosten wesentlich günstiger.
Besonders eignet sich ein Steuerstab mit einer Komponente, die aus einem Stahl mit einem Anteil eines neutronenabsorbie¬ renden Materials besteht, zur Verwendung in einer Kernkraft¬ anlage, insbesondere in einem Siedewasser-Reaktor, da ein solcher Steuerstab besonders einfach den geometrischen Bedin¬ gungen innerhalb des Reaktorkerns anpaßbar ist. Durch Ein¬ stellung des Gehaltes an neutronenabsorbierenden Material in dem Guß kann der Steuerstab einfach und entsprechend der An¬ forderung an die Kontrolle der Reaktivität sowie der Einstel- lung der Leistungsverteilung hergestellt werden. Der Steuer¬ stab weist vorzugsweise ein Kopfstück und ein Fußstück auf, die jeweils mit Rollen versehen sind, so daß der Steuerstab zwischen den Brennelementen sowie in einem unter diesen an¬ geordneten Steuerstabführungsrohr leicht verschieblich ist. Das Fußstück des Steuerstabs endet in einer Kupplung, die ei¬ ne Trennung des Steuerstabs von einem zugehörigen Steuerstab¬ antrieb und damit ein einfaches Ausbauen des Steuerstabs er¬ möglicht.
Die auf ein Verfahren zur Herstellung eines Steuerstabes ge¬ richtete Aufgabe wird, insbesondere für einen Steuerstab, der sich entlang einer Hauptachse erstreckt, dadurch gelöst, daß eine metallische Verbindung, z.B. eine Nickel- und/oder Chrom-Basis-Legierung mit einem Anteil an einem neutronenab- sorbierenden Material in eine Negativfσr für eine Komponente des Steuerstabs gegossen wird. Nach Abkühlen dieser Verbin¬ dung, insbesondere einer Legierung, wird aus der Komponente, O 96/23309 PCIYDE96/00070
gegebenenfalls mit weiteren Komponenten, der Steuerstab auf¬ gebaut. Die Komponente kann dabei als ein einziges Gußstück den gesamten der Neutronenabsorption dienenden Teil des Steu¬ erstabs bilden. Die Komponente kann auch als Platte oder als ein anderes geeignetes Profil gegossen und der Steuerstab mit einer Mehrzahl solcher Platten (Profile) aufgebaut werden. Weiterhin kann die Komponente ebenfalls, insbesondere für ei¬ nen Siedewasser-Reaktor, ein kreuzförmiges Teilsegment des Steuerstabes sein, wobei durch Verbinden einer Vielzahl sol- eher Teilsegmente der neutronenabsorbierende Teil des Steuer¬ stabes gebildet wird.
Bevorzugt wird der Anteil des neutronenabsorbierenden Mate¬ rials auf über 1 Gew.%, beispielsweise auf bis zu 4 Gew.-%, eingestellt. Als neutronenabsorbierendes Material wird vor¬ zugsweise Bor verwendet.
Für eine Einlegierung des Bors in die Legierung wird das Er¬ schmelzen der Legierung und/oder die Zugabe des neutronenab- sorbierenden Materials, des Bors, unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Zur Vermeidung von Wärmespannungen, die beim Abkühlen auftreten können, wird bevorzugt die Legierung nach dem Gießen durch eine Zusatzbeheizung, beispielsweise in ei¬ nem Ofen, langsam abgekühlt.
Anhand der Zeichnung werden der Steuerstab sowie das Verfah¬ ren zur Herstellung des Steuerstabes näher erläutert. Es zei¬ gen schematisch und nicht maßstäblich:
FIG 1 einen Längsschnitt durch einen Steuerstab,
FIG 2 einen Querschnitt des Steuerstabs gemäß FIG 1 sowie FIG 3 einen Längsschnitt durch einen Steuerstab.
FIG 1 zeigt einen Steuerstab 1 für einen Siedewasser-Reaktor, der entlang einer Hauptachse 2 gerichtet ist. Der Steuerstab 1 hat ein Kopfteil 6, welches in eine der Absorption von Neu¬ tronen dienende Komponente 3 übergeht, an die sich entlang der Hauptachse 2 ein Fußteil 7 anschließt. Das Fußteil 7 weist entlang der Hauptachse 2 eine Kupplung 9 auf, über die der Steuerstab 1 mit einem hier nicht dargestellten Steuer¬ stabantrieb verbunden ist. Das Fußteil 7 hat zudem im Bereich der Kupplung 9 vier plattenförmige, ein Kreuz bildende Ver¬ breiterungen, an denen jeweils eine Rolle 10 zur leichteren Führung des Steuerstabes 1 vorhanden ist. Die Komponente 3 ist aus einem einzigen Stück einer Nickel-Chrom-Basislegie¬ rung gegossen und hat, wie in FIG 2 dargestellt, ein kreuz- förmiges Querschnittsprofil 4. Das kreuzförmige Querschnitts¬ profil 4 wird durch vier senkrecht zueinander stehende plat¬ tenartige Flügel 5 gebildet, die an der Hauptachse 2 in einem Mittelpunkt 4a des Kreuzes zusammenlaufen. Der gesamte Steu¬ erstab 1 hat eine Länge von etwa 4,5 m, wobei der durch die Komponente 3 gebildete neutronenabsorbierendee Teil des Steu¬ erstabs 1 eine Länge von etwa 3,7 m hat. Die Flügel 5 haben eine Breite von etwa 12 cm sowie eine Dicke von etwa 1 cm. Je nach Ausgestaltung des Reaktorkerns kann der Steuerstab 1 an¬ ders dimensioniert sein, insbesondere kann die kreuzförmige Ausbildung asymmetrisch sein.
In FIG 3 ist ein Steuerstab 1 mit der gleichen Form wie in FIG 1 dargestellt. Die Bedeutung der einzelnen Bezugszeichen bleibt entsprechend erhalten. Die Flügel 5 des Steuerstabes sind hierbei von einer Mehrzahl von Komponenten 3, die aus Guß hergestellten neutronenabsorbierenden Platten 3a beste¬ hen, gebildet. Die einen Flügel 5 bildenden Platten 3a sind von einer Um antelung 8 aus einem Edelstahlblech umgeben. Die Platten 3a können untereinander oder mit einem entlang der Hauptachse 2 verlaufenden Profilstab 11 fest verbunden, ins¬ besondere verschweißt, sein.
Die Platten 3a sowie die Komponente 3 gemäß FIG 3 bzw. FIG 1 sind vorzugsweise aus Guß hergestellt, wobei die Legierung nichtrostend ist und einen Anteil von über drei Prozent an einem neutronenabsorbierenden Material, wie beispielsweise Bor oder Hafnium, aufweist. Hierdurch enthält der Steuerstab 1 eine ausreichende Menge an neutronenabsorbierendem Materi¬ al, so daß eine Kontrolle der Reaktivität einer Kernkraftan¬ lage sowie ein Einstellen einer günstigen Leistungsverteilung über den Querschnitt eines Reaktorkerns mit dem Steuerstab 1 gut möglich ist. Der Steuerstab 1 ist als Guß-Teil in einer besonders einfachen Struktur herstellbar. Durch die Verwen¬ dung eines Gußstückes bzw. einer Mehrzahl von miteinander festverbundenen Gußstücken ist der Steuerstab 1 zudem äußerst formstabil. Ein Verkanten oder Verklemmen des Steuerstabes 1 zwischen den nicht dargestellten Brennelementen ist daher si¬ cher vermieden. Auch eine andere als eine kreuzförmige Quer¬ schnittsform des Steuerstabes ist einfach herzustellen, so daß für nahezu jeden Reaktortyp, insbesondere einen Siedewas¬ ser- oder einen Druckwasser-Reaktor, ein geeigneter Steuer- Stab herstellbar ist. Durch die Einbindung des neutronenab¬ sorbierenden Materials unmittelbar in die Legierung des Steu¬ erstabes ist das neutronenabsorbierende Material weitgehend gleichmäßig verteilt, und die Gefahr des Verlustes an neutro¬ nenabsorbierendem Material infolge einer Beschädigung des Steuerstabes ist ausgeschlossen.
Die Erfindung zeichnet sich durch einen besonders einfach herstellbaren und formstabilen Steuerstab aus, welcher zumin¬ dest eine Komponente aufweist, die aus einer nichtrostenden Legierung besteht, der einen Anteil an neutronenabsorbieren¬ den Material, wie Bor oder Hafnium, aufweist. Der Steuerstab wird hierzu bevorzugt als Guß hergestellt mit einem Anteil von 1 Gew.% bis 12 Gew.% an dem neutronenabsorbierenden Mate¬ rial. Das Bor ist hierdurch in dem Steuerstab räumlich weit- gehend gleichmäßig und fest verteilt, so daß selbst bei einer Beschädigung des Steuerstabs kein Verlust an dem neutronenab¬ sorbierenden Material auftritt. Der Steuerstab eignet sich vor allem für die Nach- und Umrüstung von Siedewasser-Reak¬ toren. Die Guß-Legierung kann hierbei auch weitgehend eisen- frei sein sowie z.B. überwiegend Nickel und/oder Chrom (ca. 60 Gew.-% bis 70 Gew.-%) aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerstab (1) zur Kontrolle der Reaktivität eines Reak¬ torkerns einer Kernkraftanlage, welcher entlang einer Haupt- achse (2) gerichtet ist und zumindest eine Komponente (3) aufweist, die aus einer Guß-Legierung mit einem einlegierten Anteil eines neutronenabsorbierenden Materials besteht.
2. Steuerstab (1) nach Anspruch 1, bei dem die Komponente (3) weitgehend eisenfrei ist.
3. Steuerstab (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kompo¬ nente (3) überwiegend Nickel und/oder Chrom aufweist.
4. Steuerstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anteil des neutronenabsorbierenden Materials mehr als 1 % (Angabe in Gewichtsprozent) der Legierung beträgt, insbesondere mehr als 3 %
5. Steuerstab (1) nach Anspruch 4, wobei der Anteil des neu¬ tronenabsorbierenden Materials zwischen 4 % und 12 %, insbe¬ sondere 8 % (Angaben in Gewichtsprozent), beträgt.
6. Steuerstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das neutronenabsorbierende Material Bor, Cadmium oder Hafnium ist.
7. Steuerstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einer Ebene senkrecht zur Hauptachse (2) ein kreuzar- tiges Querschnittsprofil (4) hat, wobei der Mittelpunkt des Kreuzes (4a) auf der Hauptachse (2) liegt.
8. Steuerstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl plattenförmiger Komponenten (3a) .
9. Verwendung eines Steuerstabs (1) nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche in einer Kernkraftanlage, insbesondere in einem Siedewasser-Reaktor.
10. Verfahren zur Herstellung eines entlang einer Hauptachse (2) gestreckten Steuerstabs (1), insbesondere für einen Sie¬ dewasser-Reaktor, wobei eine Legierung mit einem Anteil an einem neutronenabsorbierenden Material in eine Negativ-Form für eine Komponente (3, 3a) gegossen und aus der derart ge- wonnenen Komponente (3, 3a) der neutronenabsorbierenden Teil des Steuerstabs (1) gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der neutronenabsor¬ bierenden Teil des Steuerstabs (1) aus einer einzigen gegos- senen Komponente (3) gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Anteil des neutronenabsorbierenden Materials auf über 3 Gew.%, insbeson¬ dere zwischen 4 Gew.% und 12 Gew.%, vorzugsweise 8 Gew.%, eingestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem als neutronenabsorbierendes Material Bor verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Erschmelzen der Legierung und/oder die Zugabe des neutronen¬ absorbierenden Materials unter Schutzgasatmosphäre durchge¬ führt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Abkühlvorgang der Legierung nach dem Gießen durch eine Zu¬ satzbeheizung verlangsamt wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB865226A (en) * 1958-01-06 1961-04-12 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to nuclear reactor control rod materials
GB1180807A (en) * 1966-07-20 1970-02-11 Nuclear Materials & Equipment Method of producing Sheets
EP0158043A1 (de) * 1984-03-12 1985-10-16 Westinghouse Electric Corporation Steuerstabbündelbaugruppe
JPH0317597A (ja) * 1989-06-15 1991-01-25 Toshiba Corp 原子炉用制御棒

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB865226A (en) * 1958-01-06 1961-04-12 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to nuclear reactor control rod materials
GB1180807A (en) * 1966-07-20 1970-02-11 Nuclear Materials & Equipment Method of producing Sheets
EP0158043A1 (de) * 1984-03-12 1985-10-16 Westinghouse Electric Corporation Steuerstabbündelbaugruppe
JPH0317597A (ja) * 1989-06-15 1991-01-25 Toshiba Corp 原子炉用制御棒

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 136 (P - 1187) 4 April 1991 (1991-04-04) *

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