WO2001024198A1 - Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen Download PDF

Info

Publication number
WO2001024198A1
WO2001024198A1 PCT/EP1999/007166 EP9907166W WO0124198A1 WO 2001024198 A1 WO2001024198 A1 WO 2001024198A1 EP 9907166 W EP9907166 W EP 9907166W WO 0124198 A1 WO0124198 A1 WO 0124198A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
neutron capture
capture section
high neutron
coating
absorption
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/007166
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Leo Wilbuer
Rudolf Diersch
Hermann Stelzer
Matthias Patzelt
Dieter Methling
Original Assignee
Metallveredlung Gmbh & Co. Kg
Gnb Gesellschaft Für Nuklear-Behälter Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Metallveredlung Gmbh & Co. Kg, Gnb Gesellschaft Für Nuklear-Behälter Mbh filed Critical Metallveredlung Gmbh & Co. Kg
Priority to CZ20011863A priority Critical patent/CZ297053B6/cs
Priority to AT99118989T priority patent/ATE362181T1/de
Priority to JP2001527297A priority patent/JP4348039B2/ja
Priority to ES99118989T priority patent/ES2287998T3/es
Priority to RU2001117501/06A priority patent/RU2232438C2/ru
Priority to UA2001053570A priority patent/UA66890C2/uk
Priority to DE59914334T priority patent/DE59914334D1/de
Priority to PCT/EP1999/007166 priority patent/WO2001024198A1/de
Priority to US09/856,816 priority patent/US7295646B1/en
Priority to KR1020017006361A priority patent/KR20010107978A/ko
Priority to EP99118989A priority patent/EP1087408B1/de
Publication of WO2001024198A1 publication Critical patent/WO2001024198A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/08—Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coating for absorbing the neutrons formed during the nuclear reaction of radioactive materials.
  • the invention also relates to an absorber element produced by the method.
  • absorber elements are usually produced in the form of various types of shafts, canisters, pipes or a similar configuration which surround an object which emits neutrons and thereby shield it.
  • the use of such absorber elements enables, for example, the compact storage of neutron-emitting elements, in particular fuel elements from nuclear power plants.
  • a fuel assembly storage rack is known from EP 0 385 187 A1, in which absorber sheets form a number of shafts which enclose the fuel assemblies over their entire length.
  • These absorber elements are shafts or pipes made of a neutron absorbing material, for example boron steel, a stainless steel with a boron content of 1 to 2%.
  • boron steel for example boron steel
  • stainless steel with a boron content of 1 to 2%.
  • these absorber elements are extremely cost-intensive and the efficiency is limited due to the limited proportion of boron.
  • the deposition of a boron-nickel alloy was checked. The boron content can be increased up to 8%, but the costs also increase by a factor of 10, so that such pipes cannot be used economically.
  • US Pat. No. 4,218,622 describes a composite absorber element which has a thin carrier film or a thin carrier plate on which a polymer matrix is applied, in which boron carbide particles are embedded. Glass fiber-reinforced polymer is preferably used as the material of the carrier film or the carrier plate. The boron carbide particles are evenly distributed on the surface of the polar matrix, with a boron concentration of up to 0.1 g / cm 2 . When the composite absorber part is used in a fuel assembly storage rack, this absorber element has a thickness of up to 7 mm, is in the form of a film or sheet and is suspended between an inner wall and an outer wall.
  • EP 0 016 252 A1 describes a method for producing a neutron-absorbing absorber element.
  • boron carbide is applied to a substrate together with a metallic substance by means of plasma spraying, the boron carbide being incorporated into a matrix made of a metallic substance.
  • the process is also carried out in such a way that oxidation of the boron is avoided.
  • the absorber element produced in this way is said to be stable with respect to a liquid medium, such as is present in a fuel pool.
  • the thickness of the layer of metal and boron carbide applied by means of plasma spraying is at least 500 ⁇ m.
  • the proportion of boron carbide is approximately 50% by volume.
  • Aluminum, copper and stainless steel can be considered as the metallic substance, the substrate containing the same metallic substance as the sprayed-on layer.
  • a relatively thick layer on boron carbide is required, in particular the thickness of the layer is 3 to 6 mm.
  • DE-AS 1 037 302 and DE 2 361 363 From DE-AS 1 037 302 and DE 2 361 363 it is known to provide pipes, in particular cans, with electrolytic absorber material on their outer surface for protection against radioactive radiation. No information can be found in DE-AS-1 037 302 and DE 2 361 363 with regard to the procedural processes and devices for the technical implementation of the physico-chemical changes in state and material transformations for applying the absorber materials.
  • boron steel The production of boron steel is extremely complex.
  • the steel is melted and boron is enriched up to 10-valence by means of complex processes and mixed with the melted steel.
  • the result is a boron steel with 1.1 to 1.4% by weight boron.
  • This steel is very difficult to machine, is extremely brittle and is difficult to weld.
  • Shielding elements made from it have an extremely high weight with average absorption properties.
  • inner bins made of boron steel, known as baskets are known for the intermediate storage of fuel elements, which have a weight of approx. 10 t.
  • a method for producing a coating for neutron absorption is known from WO 98/59344, corresponding surfaces of a shielding element being provided with a boron / nickel layer, in which Dispersion bath boron in elemental form or boron carbide.
  • Dispersion bath boron in elemental form or boron carbide Although high boron incorporation rates can be achieved, the incorporation rate when using boron in elemental form is limited and the coating is extremely hard and therefore highly brittle.
  • Boron carbide has only poorly conductive properties, at most semiconductor properties, and is therefore difficult to control electrolytically or not at all. This results in only slow layer build-up and poor layer formation. The relative movement generated results in a certain randomness in the layer structure. This makes the process very complex overall, because it is very demanding with regard to the materials used, the process control and the like.
  • the present invention is based on the object of further improving a method for producing a coating or shielding elements for absorbing the neutrons formed during the nuclear reaction of radioactive materials, which method is economical and easy to use, the effectiveness of the Absorption increases, allows greater variability with regard to the base materials and shape of the shielding elements, is easy to control in terms of process technology and in particular enables the production of lighter absorber elements with at least the same absorption qualities.
  • a process for producing a coating for absorbing the neutrons formed during the nuclear reaction of radioactive materials wherein at least a part of a shielding element consisting of a base material is provided on its predetermined surfaces in a dispersion bath with an element having a high Neutron capture section and an electrolytically or autocatalytically depositable metallic element layer is provided, during the coating process at least temporarily a relative movement between the surface to be coated and the Dispersion bath is generated, wherein the element with a high neutron capture section is present in an electrically conductive connection in the dispersion bath.
  • Elements from the group boron, also in elemental form or boron carbide, gadolinium, cadmium, samarium, europium or dysprosium, are suitable as elements with a high neutron capture section.
  • the high neutron capture section stands for the size of the capture cross section for neutrons of the respective element.
  • Metallic connections in particular have proven to be particularly suitable as conductive connections.
  • Metal borides such as iron boride, nickel boride and the like are mentioned here. The list is exemplary and can be expanded in relation to the elements mentioned.
  • the conductivity stands for good electrolytic controllability, so that the process can be carried out under less demanding boundary conditions with high reliability and reproducibility.
  • Nickel, cadmium or copper are particularly suitable as an electrolytically or autocatalytically depositable metallic element.
  • the element with a high neutron capture section or its connections are incorporated in this metal matrix with the corresponding effect.
  • isotopes of the respective elements which have an enlarged neutron capture section. For example, it is known that the use of 11 B means a neutron capture section of 0.005 barn, while the use of the isotope 0 B means 3837 barn. This results in the possible lower layer thicknesses.
  • the absorption layers are on the order of up to 800 ⁇ m.
  • the independence of the process from the base material is a particular advantage. It is advantageous to use inorganic base material, for example steel, stainless steel, boron steel, titanium, aluminum, copper, nickel and the like, including corresponding alloys.
  • inorganic base material for example steel, stainless steel, boron steel, titanium, aluminum, copper, nickel and the like, including corresponding alloys.
  • carbon fiber material can be considered as the base material.
  • Carbon fiber material has the particular advantage that the absorption element can be produced by electroplating.
  • the absorber element in the finished state or in individual parts. Due to the independence from the base material, very easily editable materials can be used. On the other hand, very complicated shapes of absorber elements, containers, baskets and the like can also be completely prefabricated and then coated according to the invention.
  • the inner storage containers (baskets) currently used in the container program for the storage of distillates of up to approx. 10 t can be broken down according to The process according to the invention can now be produced in the order of 4 to 6 t.
  • the base material can be prefabricated as a finished part or individual part, so that finished absorber elements can be formed from the individual parts.
  • the assembly of the absorber elements or the parts of absorber elements to form complete bearing points or support baskets can be produced by means of non-positive and / or positive connections.
  • the invention also enables the coating of complete storage racks and support baskets.
  • the coating in the dispersion bath is either chemical or electrolytic.
  • the relative movement between the surface to be coated and the dispersion bath can take place, for example, by moving the element to be coated in the dispersion bath.
  • elements such as boron and the like are such that it is practically not economically feasible to circulate or pump over the dispersion. Any circulating or pumping unit would be worn out in no time.
  • the relative movement is intended to achieve continued thorough mixing or repeated mixing of the dispersion, and on the other hand, a directed feed of the dispersion onto the surface to be coated.
  • the entire coating system can also be moved for the purpose of generating the relative movement. For example, it is conceivable to carry out the coating in a kind of drum.
  • the relative movement can also be carried out by mechanical movement of the bath, blowing gas, in particular air, ultrasound support and combinations thereof.
  • the surface to be coated is arranged in the dispersion bath facing upward.
  • Dispersion bath is arranged that due to gravity, the particles in the dispersion sink to the surface.
  • This arrangement according to the invention in particular in combination with the temporary generation of a relative movement between the surface and the dispersion bath, favors excellent coating results.
  • the coating process be carried out in a ceramic or glass tub. This ensures that the dispersion bath is particularly clean.
  • the invention also relates to absorber elements produced by the described method. These are characterized in that they have a coating formed from an element with a high neutron capture section and nickel with a proportion of the element or its compound with a high neutron capture section of up to 60% by volume or 40% by volume.
  • the layer thickness is from 350 to 500 ⁇ m up to 800 ⁇ m, the layer being formed on an inorganic base material such as steel, titanium, copper or the like. Layer thicknesses of up to 2000 ⁇ m can be achieved.
  • the training takes place chemically or electrolytically.
  • the shielding element can have been coated in the finished form or can be composed of individual coated individual parts. Examples of possible electrolytes are electroless nickel phosphorus or electrolytic nickel.

Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen anzugeben, welches wirtschaftlich und einfach anwendbar ist, die Effektivität der Absorption erhöht, hinsichtlich der Basismaterialien und Form der Abschirmelemente größere Variabilität zuläßt und insbesondere die Herstellung leichterer Abschirmelemente bei mindestens gleichen Absorptionsqualitäten ermöglicht, wird vorgeschlagen ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, wobei wenigstens ein Teil eines aus einem Basismaterial bestehenden Abschirmelementes an seinen dafür vorbestimmten Oberflächen in einem Dispersionsbad mit einer aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und einem elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbaren metallischen Element gebildeten Schicht versehen wird, wobei während des Beschichtungsvorganges wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen der jeweils zu beschichtenden Oberfläche und dem Dispersionsbad erzeugt wird, wobei das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion in einer elektrisch leitenden Verbindung im Dispersionsbad vorliegt.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Beschichtunq zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen. Die Erfindung betrifft auch ein nach dem Verfahren hergestelltes Absorberelement.
Für die Behandlung der insbesondere aus dem Gebiet der Kernreaktortechnik stammenden radioaktiven Materialien werden diese je nach Aufgabenstellung, Material und Zustand beispielsweise zum Wechsel und/oder zur Überprüfung sowie zum Transport und/oder Lagerung zur Vermeidung von weiteren Kernreaktionen durch die zwangsläufig abgestrahlten Neutronen voneinander abgeschirmt. Zur Erreichung einer gewünschten Neutronenabsorption werden üblicherweise Absorberelemente in Form verschiedenartiger Schächte, Kanister, Rohre oder ähnlicher Konfiguration hergestellt, die einen Neutronen aussendenden Gegenstand umgeben und ihn dadurch abschirmen. Der Einsatz solcher Absorberelemente ermöglicht beispielsweise die kompakte Lagerung Neutronen abgebender Elemente, insbesondere Brennelemente aus Kernkraftanlagen. Aus der EP 0 385 187 A1 ist ein Brennelement-Lagergestell bekannt, bei dem Absorberbleche eine Anzahl von Schächten bilden, die die Brennelemente über deren gesamter Länge umschließen. Bei diesen Absorberelementen handelt es sich um Schächte bzw. Rohre aus einem Neutronen absorbierenden Material, zum Beispiel Borstahl, einem Edelstahl mit einem Boranteil von 1 bis 2 %. Abgesehen von dem erforderlichen Herstellungsaufwand sind diese Absorberelemente überaus kostenintensiv und der Wirkungsgrad ist wegen des beschränkten Boranteils begrenzt. Bei dem Versuch, den Boranteil zu erhöhen, wurde die Abscheidung einer Bor-Nickel-Legierung überprüft. Der Boranteil kann zwar auf bis zu 8 % erhöht werden, jedoch erhöhen sich auch die Kosten etwa um den Faktor 10, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz derartiger Rohre nicht in Frage kommen kann.
Für andere Aufgaben, beispielsweise den Transport und/oder die Lagerung radioaktiver Materialien, werden Verfahren eingesetzt, bei welchen auf den metallischen Oberflächen von Behältern Nickelschichten abgeschieden werden.
In der US-PS 4 218 622 ist ein zusammengesetztes Absorberelement beschrieben, welches eine dünne Trägerfolie oder ein dünnes Trägerblech aufweist, auf das eine Polymermatrix aufgetragen ist, in die Borcarbid-Partikel eingelagert sind. Als Material der Trägerfolie bzw. des Trägerblechs wird bevorzugt glasfaserverstärktes Polymer verwendet. Die Borcarbid-Partikel sind gleichmäßig an der Oberfläche der Polimärmatrix verteilt, mit einer Borkonzentration von bis zu 0,1 g/cm2. Bei einer Verwendung des zusammengesetzten Absorberteils in einem Brennelement-Lagergestell hat dieses Absorberelement eine Dicke von bis zu 7 mm, ist in Form einer Folie oder eines Blechs ausgestaltet und zwischen einer inneren Wand und einer äußeren Wand aufgehängt. Ob eine homogene Verteilung der an der Oberfläche der Polymermatrix angeordneten Borcarbid- Partikel über eine längere Zeit gewährleistet ist, insbesondere im Hinblick auf einen möglichen Abrieb an der Oberfläche, kann der US-PS 4 218 622 nicht entnommen werden.
In der EP 0 016 252 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines neutronenabsorbierenden Absorberelementes beschrieben. In dem Verfahren wird mittels Plasmasprühens Borcarbid zusammen mit einer metallischen Substanz auf ein Substrat aufgebracht, wobei das Borcarbid in eine Matrix aus einer metallischen Substanz eingebunden wird. Das Verfahren erfolgt zudem so, daß eine Oxidation des Bors vermieden wird. Das so hergestellte Absorberelement soll gegenüber einem flüssigen Medium, wie es beispielsweise in einem Brennelement-Lagerbecken vorliegt, stabil sein. Die Dicke der mittels Plasmasprühens aufgebrachten Schicht aus Metall und Borcarbid beträgt mindestens 500 μm. Der Anteil des Borcarbids beträgt etwa 50 Vol.-%. Als metallische Substanz kommen Aluminium, Kupfer und rostfreier Stahl in Betracht, wobei das Substrat dieselbe metallische Substanz wie die aufgesprühte Schicht enthält. Zur Erreichung einer wirksamen Neutronenabsorption ist eine relativ dicke Schicht auf Borcarbid erforderlich, insbesondere beträgt die Dicke der Schicht 3 bis 6 mm.
Aus der DE-AS 1 037 302 und der DE 2 361 363 ist es bekannt, Rohre, insbesondere Konservendosen, auf ihrer Außenfläche auf elektrolytischem Wege mit Absorbermaterial zum Schutz gegen radioaktive Strahlungen zu versehen. Hinsichtlich der verfahrenstechnischen Vorgänge und Vorrichtungen zur technischen Durchführung der physikalisch-chemischen Zustandsänderungen und Stoffwandlungen zum Aufbringen der Absorbermaterialien können aus der DE-AS- 1 037 302 und der DE 2 361 363 keine Informationen entnommen werden.
Aus der EP 0 055 679 A2 sind Verfahren zur Herstellung von Abschirmelementen bekannt, wobei Borcarbid entweder in einem Plasmabeschichtungsverfahren auf die Oberfläche des Abschirmelementes aufgebracht, oder nach einer elektrolytischen oder chemischen Vorvernickelung des Abschirmelementes Borcarbid als Pulver auf die Oberfläche gestreut und das Abschirmelement anschließend elektrolytisch oder chemisch nachvernickelt wird. Nach diesen Verfahren lassen nur geringe Borcarbidmengen in Größenordnungen um 20 Gew.- % in bezug auf Nickel auf die Oberfläche aufbringen. Es bedarf somit sehr starker Schichten, so daß diese vorbekannten Verfahren unwirtschaftlich sind. In der Praxis wurden diese Verfahren nicht weiter eingesetzt, da sie verfahrenstechnisch auch nicht konkret realisierbar sind. Das Auftragen eines Pulvers auf eine Oberfläche im Sinne von Aufstreuen ist keine Maßnahme, die eine gesicherte industrielle Produktion gewährleistet.
Sämtliche vorbekannten Verfahren und danach hergestellten Abschirmelemente können als unwirtschaftlich im Sinne von großen Herstellungskosten und einem großem Materialaufwand angesehen werden. Darüber hinaus ist die Variabilität der Form der Abschirmelemente und die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt.
Die Herstellung von Borstahl ist überaus aufwendig. Der Stahl wird aufgeschmolzen und Bor wird durch aufwendige Verfahren bis hin zur 10- Wertigkeit angereichert und mit dem aufgeschmolzenen Stahl vermengt. Es ergibt sich ein Borstahl mit 1 ,1 bis 1 ,4 Gew.-% Bor. Dieser Stahl läßt sich sehr schlecht bearbeiten, ist überaus spröde und läßt sich schlecht schweißen. Daraus hergestellte Abschirmelemente haben ein äußerst hohes Gewicht bei durchschnittlichen Absorptionseigenschaften. Beispielsweise sind aus Borstahl hergestellte Lagerinnenbehälter, sogenannte Körbe, für die Zwischenlagerung von Brennelementen bekannt, die ein Gewicht von ca. 10 t aufweisen.
Aus der WO 98/59344 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Neutronenabsorption bekannt, wobei entsprechende Oberflächen eines Abschirmelementes mit einer Bor/Nickel-Schicht versehen wird, wobei in dem Dispersionsbad Bor in Elementarform oder Borcarbid vorliegen. Zwar lassen sich hohe Boreinbauraten erzielen, jedoch ist die Einbaurate bei Verwendung von Bor in Elementarform begrenzt und die Beschichtung weist eine große Härte und damit eine hohe Sprödigkeit auf. Borcarbid hat nur schlecht leitende Eigenschaften, allenfalls Halbleitereigenschaften, und ist damit elektrolytisch schwer bzw. gar nicht steuerbar. Daraus ergeben sich nur langsame Schichtaufbauten und schlechte Schichtausbildungen. Durch die erzeugte Relativbewegung ergibt sich eine gewisse Zufälligkeit im Schichtaufbau. Dadurch wird das Verfahren insgesamt sehr aufwendig, denn es ist hinsichtlich der verwendeten Materialien, der Verfahrensführung und dergleichen sehr anspruchsvoll.
Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung bzw. von Abschirmelementen zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen weiter zu verbessern, welches wirtschaftlich und einfach anwendbar ist, die Effektivität der Absorption erhöht, hinsichtlich der Basismaterialien und Form der Abschirmeiemente größere Variabilität zuläßt, verfahrenstechnisch gut steuerbar ist und insbesondere die Herstellung leichterer Absorberelemente bei mindestens gleichen Absorptionsqualitäten ermöglicht.
Zur technischen L ö s u n g dieser Aufgabe wird vorgeschlagen Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, wobei wenigstens ein Teil eines aus einem Basismaterial bestehenden Abschirmelementes an seinen dafür vorbestimmten Oberflächen in einem Dispersionsbad mit einer aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und einem elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbaren metallischen Element gebildeten Schicht versehen wird, wobei während des Beschichtungsvorganges wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen der jeweils zu beschichtenden Oberfläche und dem Dispersionsbad erzeugt wird, wobei das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion in einer elektrisch leitenden Verbindung im Dispersionsbad vorliegt.
Es hat sich gezeigt, daß die Ausbildung z. B. einer Bornickelschicht in einem Dispersionsbad bei zeitweiser Relativbewegung zwischen zu beschichtender Oberfläche und dem Dispersionsbad sehr gute Ergebnisse mit sich bringt. Durch die Verwendung leitfähiger Verbindungen von Elementen mit hoher Neutroneneinfangssektion ergibt sich eine gute elektrolytische Steuerbarkeit und es hat sich überraschend gezeigt, daß die Einbauraten erheblich erhöht werden können. Dazu resultiert die Möglichkeit, sehr viel geringere Schichtdicken auszubilden.
Als Elemente mit hoher Neutroneneinfangssektion kommen in Frage Elemente aus der Gruppe Bor, auch in Elementarform oder Borcarbid, Gadolinium, Cadmium, Samarium, Europium oder Dysprosium. Die hohe Neutroneneinfangssektion steht für die Größe des Einfangsquerschnittes für Neutronen des jeweiligen Elementes. Als leitfähige Verbindungen haben sich insbesondere metallische Verbindungen als besonders gut einsetzbar erwiesen. Hierbei sind zu nennen Metallboride wie beispielsweise Eisenborid, Nickelborid und dergleichen. Die Aufzählung ist beispielhaft und in Bezug auf die genannten Elemente erweiterbar. Die Leitfähigkeit steht für die gute elektrolytische Steuerbarkeit, so daß das Verfahren unter weniger anspruchsvollen Randbedingungen mit hoher Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit geführt werden kann.
Als elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbares metallisches Element kommen insbesondere in Frage Nickel, Cadmium oder Kupfer. Das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion oder seine Verbindungen werden in diesem Metallmatrix mit der entsprechenden Wirkung eingebaut. Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, Isotope der jeweiligen Elemente zu verwenden, die eine vergrößerte Neutroneneinfangssektion aufweisen. So ist beispielsweise bekannt, daß die Verwendung von 11B eine Neutroneneinfangssektion von 0,005 barn bedeutet, während die Verwendung des Isotops 0B 3837 barn bedeutet. Daraus ergeben sich die möglichen geringeren Schichtdicken.
Es ergibt sich somit aufgrund der hohen Einlagerungsraten eine sehr viel größere Effektivität. Die Absorptionsschichten liegen in Größenordnungen von bis zu 800 μm. Darüber hinaus ist ein besonderer Vorteil die Unabhängigkeit des Verfahrens vom Basismaterial. In vorteilhafter Weise ist anorganisches Basismaterial einzusetzen, beispielsweise Stahl, Edelstahl, Borstahl, Titan, Aluminium, Kupfer, Nickel und dergleichen einschließlich entsprechender Legierungen. Trotz seines organischen Charakters kann als Basismaterial Kohlefasermaterial in Betracht gezogen werden. Kohlefasermaterial hat den besonderen Vorteil der galvanotechnischen Herstellbarkeit des Absorptionselementes.
Auch besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, das Absorberelement in fertiggestelltem Zustand oder in Einzelteilen zu fertigen. Aufgrund der Unabhängigkeit vom Basismaterial können sehr einfach bearbeitbare Materialien verwendet werden. Andererseits lassen sich auch sehr komplizierte Formen von Absorberelementen, Behälter, Körbe und dergleichen, vollständig vorfertigen und anschließend erfindungsgemäß beschichten.
Wegen der hohen Einbaurate ist die Abschirmung äußerst effektiv, so daß die Schichten extrem dünn sein können. Somit sind Gewichtseinsparungen um bis zu 50 % in bezug auf nach herkömmlichen Verfahren herstellbare Abschirmelemente möglich. Die derzeit im Behälter-Programm zur Brenneiementlagerung verwendeten Lagerinnenbehälter (Körbe) von bisher ca. 10 t lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr in Größenordnungen von 4 bis 6 t herstellen.
Das Basismaterial kann als Fertigteil oder Einzelteil vorgefertigt werden, so daß aus den Einzelteilen fertige Absorberelemente gebildet werden können. Das Zusammensetzen der Absorberelemente oder der Teile von Absorberelementen zu kompletten Lagerstellen oder Tragkörben kann durch kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen hergestellt werden. Die Erfindung ermöglicht auch die Beschichtung vollständiger Lagergestelle und Tragkörbe. Die Beschichtung im Dispersionsbad erfolgt entweder chemisch oder elektrolytisch.
Die Relativbewegung zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und dem Dispersionsbad kann beispielsweise durch eine Bewegung des zu beschichtenden Elementes im Dispersionsbad erfolgen. Bekanntermaßen sind Elemente wie Bor und dergleichen so beschaffen, daß ein Umwälzen oder Umpumpen der Dispersion praktisch nicht wirtschaftlich möglich ist. Jegliches Umwälz- oder Umpumpaggregat würde in kürzester Zeit verschlissen sein. Dennoch soll durch die Relativbewegung einerseits eine weiterhin gute Durchmischung oder eine wiederholte Durchmischung der Dispersion erreicht werden, andererseits eine gerichtete Zuleitung der Dispersion auf die zu beschichtende Oberfläche. Neben der Bewegung des Elementes selbst kann auch die gesamte Beschichtungsanlage zum Zwecke der Erzeugung der Relativbewegung bewegt werden. So ist beispielsweise die Durchführung der Beschichtung in einer Art Trommel denkbar. Die Relativbewegung kann auch durch mechanische Bewegung des Bades, Einblasen Gas, insbesondere Luft, Ultraschallunterstützung sowie Kombinationen davon erfolgen.
Mit besonderem Vorteil wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die zu beschichtende Oberfläche in dem Dispersionsbad nach oben weisend angeordnet wird. Damit ist gemeint, daß die zu beschichtende Oberfläche derart im Dispersionsbad angeordnet wird, daß aufgrund der Schwerkraft die in der Dispersion befindlichen Partikel auf die Oberfläche absinken. Diese erfindungsgemäße Anordnungsweise, insbesondere in Kombination mit der zeitweisen Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Oberfläche und dem Dispersionsbad, begünstigt hervorragende Beschichtungsergebnisse.
Mit besonderem Vorteil wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das Beschichtungsverfahren in einer Keramik- oder Glaswanne durchgeführt wird. Hierdurch wird eine besondere Reinheit des Dispersionsbades gewährleistet.
Mit der Erfindung wird ein einfach durchführbares, wirtschaftliches und sehr effektives Verfahren zur Herstellung von Absorberelementen zur Neutronenabsorption angegeben, welches insbesondere basismaterialunabhängig Absorberelemente herstellbar macht, die bei vergleichbaren Absorptionswirkungen erheblich leichter sind als bekannte Abschirmelemente.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Absorberelemente. Diese sind gekennzeichnet dadurch, daß sie eine aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und Nickel gebildeten Beschichtung aufweisen mit einem Anteil an dem Element oder seiner Verbindung mit hoher Neutroneneinfangssektion bis zu 60 VoI.-% beziehungsweise um 40 Vol.-%. Die Schichtdicke liegt bei 350 bis 500 μm bis zu 800 μm, wobei die Schicht auf einem anorganischen Basismaterial wie Stahl, Titan, Kupfer oder dergleichen ausgebildet ist. Schichtdicken bis 2000 μm sind realisierbar. Die Ausbildung erfolgt chemisch beziehungsweise elektrolytisch. Das Abschirmelement kann in fertiggestellter Form beschichtet worden sein oder aus einzelnen beschichteten Einzelteilen zusammengestellt sein. Als Elektrolyt kommen beispielsweise in Frage außenstromlos Nickel-Phosphor oder elektrolytisch Nickel. In einem Versuch wurden herkömmliche Stahlplatten in einem Nickel/Borcarbid- Dispersionsbad elektrolytisch beschichtet. Dabei wurden die Platten alle halbe Stunde in dem Bad gewendet und zeitweise auf und nieder bewegt, um einerseits eine Relativbewegung zwischen den Oberflächen und dem Dispersionsbad zu erzeugen, andererseits die jeweils zu beschichtende Oberfläche nach oben weisend im Bad anzuordnen. Es konnte Borcarbid im Bereich von 40 Vol.-% in die Nickelmatrix eingebaut werden, wie anschließende Analysen ergaben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, wobei wenigstens ein Teil eines aus einem Basismaterial bestehenden Abschirmelementes an seinen dafür vorbestimmten Oberflächen in einem Dispersionsbad mit einer aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und einem elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbaren metallischen Element gebildeten Schicht versehen wird, wobei während des Beschichtungsvorganges wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen der jeweils zu beschichtenden Oberfläche und dem Dispersionsbad erzeugt wird, wobei das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion in einer elektrisch leitenden Verbindung im Dispersionsbad vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Element mit hoher Neutroneneinfangssektion wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe Bor, Gadolinium, Cadmium, Samarium, Europium oder Dysporsium verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbares metallisches Element eines der Elemente aus der Gruppe Nickel, Cadmium oder Kupfer verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als leitende Verbindung des Elementes mit hoher Neutroneneinfangssektion eine metallische Verbindung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als leitende Verbindung des Elementes mit hoher Neutroneneinfangssektion Metallborid verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion in Form eines Isotopen mit erhöhter Neutroneneinfangssektion verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch Bewegung des zu beschichtenden Elementes erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch Einblasen von Gas, und/oder Ultraschallbeschickung erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbildung chemisch erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbildung elektrolytisch erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht von einer Dicke von bis zu 800 μm erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion oder seine Verbindungen mit bis zu 60 Vol.-% in die Metallmatrix eingebaut wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsbad während des Beschichtungsvorganges wenigstens zeitweise durchmischt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einer Keramik- oder Glaswanne durchgeführt wird.
15. Absorberelement hergestellt nach dem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus einem anorganischen Basismaterial mit einer darauf ausgebildeten aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und einem elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbaren metallischen Element gebildeten Schicht besteht, wobei in der Beschichtung ein Element mit hoher Neutroneneinfangssektion mit mehr als 20 Vol.-% enthalten ist.
PCT/EP1999/007166 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen WO2001024198A1 (de)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20011863A CZ297053B6 (cs) 1999-09-27 1999-09-27 Zpusob výroby povlaku k absorpci neutronu vzniklých pri jaderné reakci radioaktivních materiálu a absorpcní element obsahující povlak zhotovený tímtozpusobem
AT99118989T ATE362181T1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen
JP2001527297A JP4348039B2 (ja) 1999-09-27 1999-09-27 放射性物質の核反応で発生する中性子を吸収するための被覆を製造する方法および吸収体
ES99118989T ES2287998T3 (es) 1999-09-27 1999-09-27 Procedimiento de fabricacion de un revestimiento para la absorcion de los neutrones producidos por la reaccion nuclear de materiales radioactivos.
RU2001117501/06A RU2232438C2 (ru) 1999-09-27 1999-09-27 Способ получения покрытия для поглощения нейтронов, возникающих при ядерной реакции радиоактивных материалов
UA2001053570A UA66890C2 (uk) 1999-09-27 1999-09-27 Спосіб виготовлення покриття для поглинання нейтронів, виділених при ядерній реакції радіоактивних матеріалів, та поглинальний елемент
DE59914334T DE59914334D1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen
PCT/EP1999/007166 WO2001024198A1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen
US09/856,816 US7295646B1 (en) 1999-09-27 1999-09-27 Method for producing a coating for absorption of neutrons produced in nuclear reactions of radioactive materials
KR1020017006361A KR20010107978A (ko) 1999-09-27 1999-09-27 방사성 물질의 핵반응 시 발생하는 중성자를 흡수하기위한 층을 제조하는 방법
EP99118989A EP1087408B1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP1999/007166 WO2001024198A1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen
EP99118989A EP1087408B1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001024198A1 true WO2001024198A1 (de) 2001-04-05

Family

ID=26070383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1999/007166 WO2001024198A1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1087408B1 (de)
AT (1) ATE362181T1 (de)
DE (1) DE59914334D1 (de)
ES (1) ES2287998T3 (de)
WO (1) WO2001024198A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227928A (en) * 1978-05-01 1980-10-14 Kennecott Copper Corporation Copper-boron carbide composite particle and method for its production
EP0055679A2 (de) * 1980-12-31 1982-07-07 Framatome Behälter zum Lagern unter Wasser von bestrahlten Brennstoffgruppen und Verfahren zur Realisierung eines solches Behälters
JPS59102953A (ja) * 1982-12-03 1984-06-14 Rin Kagaku Kogyo Kk 導電性の合成樹脂組成物
JPS60235096A (ja) * 1984-05-07 1985-11-21 三菱マテリアル株式会社 中性子遮蔽吸収用材料の製法
WO1996036972A1 (de) * 1995-05-16 1996-11-21 Metallveredlung Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung von abschirmelementen zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen
WO1998059344A1 (de) * 1997-06-24 1998-12-30 Metallveredlung Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption von neutronen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3625821A (en) * 1968-06-26 1971-12-07 Westinghouse Electric Corp Fuel-element coating containing burnable poison
US4238299A (en) * 1979-08-24 1980-12-09 Kennecott Copper Corporation Tubing with copper-boron carbide composite facing and methods for its production
US4824634A (en) * 1987-08-05 1989-04-25 Combustion Engineering, Inc. Element with burnable poison coating
US4880597A (en) * 1987-08-05 1989-11-14 Combustion Engineering, Inc. Alloy coated fuel cladding

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227928A (en) * 1978-05-01 1980-10-14 Kennecott Copper Corporation Copper-boron carbide composite particle and method for its production
EP0055679A2 (de) * 1980-12-31 1982-07-07 Framatome Behälter zum Lagern unter Wasser von bestrahlten Brennstoffgruppen und Verfahren zur Realisierung eines solches Behälters
JPS59102953A (ja) * 1982-12-03 1984-06-14 Rin Kagaku Kogyo Kk 導電性の合成樹脂組成物
JPS60235096A (ja) * 1984-05-07 1985-11-21 三菱マテリアル株式会社 中性子遮蔽吸収用材料の製法
WO1996036972A1 (de) * 1995-05-16 1996-11-21 Metallveredlung Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung von abschirmelementen zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen
WO1998059344A1 (de) * 1997-06-24 1998-12-30 Metallveredlung Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption von neutronen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section Ch Week 198602, Derwent World Patents Index; Class K07, AN 1986-010673, XP002134300 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 218 (C - 245) 4 October 1984 (1984-10-04) *

Also Published As

Publication number Publication date
DE59914334D1 (de) 2007-06-21
EP1087408B1 (de) 2007-05-09
EP1087408A1 (de) 2001-03-28
ES2287998T3 (es) 2007-12-16
ATE362181T1 (de) 2007-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2440964A1 (de) Verfahren zum herstellen eines films aus kunststoffbeschichteten anorganischen pulverteilchen
DE1490061B1 (de) Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen
DE2939225A1 (de) Verfahren zur herstellung eines faserverstaerkten metallaufbaus
DE2601460C2 (de) Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus dem Kühlgas von Hochtemperatur-Kernreaktoren
EP2257656B1 (de) Verfahren zum erzeugen einer schicht durch kaltgasspritzen
EP2483455A2 (de) Verfahren zum elektrochemischen beschichten eines substrates durch brush plating und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens
DE3815976A1 (de) Verfahren zur erzeugung galvanisch abgeschiedener heissgaskorrosionsschichten
DE2124400C3 (de) Verfahren zur Abscheidung von anorganischen Überzügen aus der Dampfphase
EP0996953B1 (de) Verfahren zur herstellung einer beschichtung zur absorption von neutronen
CH635130A5 (de) Verfahren zur herstellung einer carbidschicht auf der oberflaeche eines gegenstandes aus einer eisenlegierung.
EP1087408B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen
EP0556455B1 (de) Abschirm-Transportbehälter für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente und Verfahren zum Aufbringen einer Abschlussschicht auf den Abschirm-Transportbehälter
DE2833396A1 (de) Kernbrennstoff-element mit einem verbundueberzug
WO1996036972A1 (de) Verfahren zur herstellung von abschirmelementen zur absorption der bei der kernreaktion radioaktiver materialien entstehenden neutronen
DE3147755C2 (de) Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall
DE1941494C3 (de) Dreidimensionale zellulare Metallstruktur aus einer Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung
US7295646B1 (en) Method for producing a coating for absorption of neutrons produced in nuclear reactions of radioactive materials
EP1532286A1 (de) Korrosionsgeschütztes bauteil und verfahren zu seiner herstellung und einrichtung zur durchführung des verfahrens
CH687529A5 (de) Bad zur Vorbehandlung von Leichtmetallen.
DE2650611B2 (de) Verfahren zur Herstellung beschichteter Stahl-Verbundbleche
EP0187928B1 (de) Oberflächenbeschichtete Bauteile von Kernenergieanlagen
WO1995008827A1 (de) Kernbrennstoffsinterkörper und verfahren zu seiner herstellung
DE19517415A1 (de) Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen
DE10241137B4 (de) Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen
DE3729921C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CZ JP KR RU UA US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020017006361

Country of ref document: KR

ENP Entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 2001 527297

Kind code of ref document: A

Format of ref document f/p: F

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: PV2001-1863

Country of ref document: CZ

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09856816

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020017006361

Country of ref document: KR

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: PV2001-1863

Country of ref document: CZ

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1020017006361

Country of ref document: KR

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: PV2001-1863

Country of ref document: CZ