DE2401342C3 - Neutronenabsorbierende Legierung - Google Patents

Neutronenabsorbierende Legierung

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    • 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
    • G21C7/24—Selection of substances for use as neutron-absorbing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Description

2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
Indium 10%,
Simarium 8 %,
1-afnium 13,5%,
lvickel 68,5%.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neutroneiabsorbierendc Legierung, die in automatischen Regelungs- und Notschutzsystemen von Kernreaktoren die beispielsweise mit thermischen und mittelsch".eilen Neutronen arbeiten und der Erzeugung elektrischer Leistung oder auch für Antriebszwecke, z. B. in Schiffen dienen, zur Verwendung kommt.
Bekannt ist (deutsche Auslegeschrift 10 62 839) ein neutrone labsorbierender Werkstoff, der aus folgenden Komponenten besteht: 80 Gewichtsprozent Silber, 15 Gewichtsprozent Indium, 5 Gewichtsprozent Kadmium. D:r genannte Werkstoff besitzt folgende Eigenschaften:
Dichte 10.17 a/cm3
Schmelztemperatur 800 -K)0C
Einfangquerschnitt für thermische
und mittelschnellc Neutronen
(Einfangquerschnitt von Borkarbid
mit 1,8 g/cm3 Dichte als Eichnormal I) 0,7
Restdnfangquer.schnitt am Ende
der Reaktorbetriebszeit 0,3
Korrosionsbeständigkeit in Druckwasser hoher Temperatur
(3001C) 0,83 mg/drn2 ■ Tag
(»Absorbierende Werkstoffe zur
Regelung von Kernreaktoren«, Atomisdat,
1965, S. 200, in russisch).
Df.r bekannte neutronenabsorbierende Werkstoff weist eine Reihe von Nachteilen ai-f.
Die Rohstoffvorkommen für den Werkstoff sind zu gering, da Silber die Basis desselben bildet, und der Werkstoff besitzt einen geringen Einfangquerschnitt für thermische und mittelschnelle Neutronen sowie einen geingen Resteinfangquerschnitt, da im Laulc der Bestrahlung die LfgierungshauK d, h, Silber in Kadmiun und Indium in /inn umgewandelt werden, wobei Kadmium ein Isntop Kadmium I 14 mit einem kleinen Neutroncn-Linfangqucrschnitt liefert, w< durch die Wirksamkeit im Laifc ties Betrieb-, kontinuierlich hcrabgesi:t/t wird.
Neben den genannten Nachteilen weist der ncLinntc Wcrkstolf eine ungenügende Korr >sionshcstündigkcit in Druck wasser hoher Temperatur auf.
AußeHem sind Absorberniatcrialien für Kernreaktoren aus einem Gemenge von hochschmelzenden Verbindungen bekannt (DE-AS 12 22 596), die sowohl In oder Cd als auch Hf, Ta, Mo, Co, Mn, Sb, As oder W enthalten und in einer z. B. aus Nickel S bestehenden Grundmasse dispergiert sein können. Dabei handelt es sich urn durch Sintern herzustellende, eine gewisse Porösität aufweisende Oxide oder Komplexoxide. Im Zusammenhang damit ist angegeben, daß Samarium nur begrenzt verfügbar ist uiul
ίο nur eine kurze Lebensdauer als Absorber hat.
Weiter wurde für neutronenabsorbierende Materialien beschrieben (»Genfer Berichte«, 1965, Bd. 9, S. 419), daß Gd, Sm, Eu, Dy, Er, Tm und Lu nur als Oxide, Oxidgemische oder Verbindungen interessant
•5 sind, die gewöhnlich in einer Metallmatiix dispergiert sind. Auch bei der Herstellung dieser Materialien läßt sich eine gewisse Porosität nicht vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die g€-nannten Nachteile zu vermeiden und eine neuirimenabsorbierende Legierung i.nzugeben, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit, einen hohen Neutronen-Resteinfangquerschnitt und einen hohen Einfangquerschnitt für thermische und mittelschnelle Neutro-
a5 nen besitzt.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine neutronenabsorbierende Legierung, die Indium enthält, gekt:nn;:eichnet durch die folgende Gewichtszusammensetzjn.»: I bis 20% Indium, 0,5 bis 15% Samarium, 5 bis 18% Hafnium, 47 bis 93,5% Nickel.
Die neutroncnabsorbitrende Legierung besitzt vorzugsweise die folgende Zusammensetzung: 10% Indium, 8% Samarium, 13.5% Hafnium, 68,5% Nickel.
Auf Grund der experimentellen Untersuchung des Neutronen-Einfangquerschnitts von Ni-In-, Ni-Sm- und Ni-Hf-Sysi:emen wurde festgestellt, daß der Eirifangquerschnitt bei diessn Systemen gemäß dem Sättigungsgesetz, das die Abhängigkeit der »Absorption >fähigkeit« des Materials von der Konzentration des absorbierenden Materials im Grundmaterial (»Matrix«) beschreibt, zunimmt, v/ob:i der EinfangquerschniU, der im Ni-ln-System dem von Indium nahekommt, bei 50 Gewichtsprozent Ind um erreicht wird, während der Einfangquerschnitt, der im Ni-Sm-System dem von Samarium nahekommt, bei 15 Gewichtsprozent Saniirium erreicht wird und der Einfangquerschnitt, der im Ni-Hf-System dem von Hi.fnium r ihekommt, bei 18 Gewichtsprozent: Hafnium erzielt wird. Die durchj:.·- führten Versuche haben auch gezeigt, daß die Einführung von 5 h's 18 Gewxhtsprozent Hafnium in die Zusammensetzung der irfindungsgemäßcn Legierurg eine hohe Absorptionsfähigkeit und einen hohen Eiufangsquerschnitt sichert und es ermöglicht, das aujreichende Niveau der Neutronen-Absorption im Laui'e des ganzen Reaktorbetriebszyklus aufrechtzuerhalten. Man erschmilzt die erfindungsgemäße neutronenabsorbierendc Legierung in Vakuumöfen unter Inertpasatmosphäre bei einen! Druck von 280 bis 300 Torr. '" Die Technolofiii: der Herstellung der erfindungsjii:- mäßen Legierung umfaßi. lolgende Arbeitsgänge: Beschickung des I insat/giiti.'s und /war die lieschickurg von Nickel in circii Tiegi: . »on Indium. Samarium und Hafnium in ein Oosicrpetiit: Evakuieren lies Sysienis '·' und Füllung desselben m · einem Inertgas (Druck von 2X0 bis .1(M) Tor-); f rhii'iing von Nickel auf 9(Xl ois 1000 C": aufein η·Ιοι folpcn.lc Einführung von Indium. Samarium. 11 ili ·. in ; Vr ■ jieCc-n iler hcrueslelltiMi I ι·,ϋί<;·
24 Ol
rung in Keramik-, Metall- oder andere Formen bei 1500 bis I5IO°C. Nach ihrer Korrosionsbeständigkeit übersteigt die erfindungsgemäße Legierung die bekannte Legierung au' Silberbasis um das 3- bis 3,5fache. Bei der Korrosionsprüfung der erfindungsgemäßen Legierung in Wasser bei 350°C und 168 atm während 3000 h betrug die Gewichtszunahme 0,59 mg/ dm2 · Tag, während dt:i bekannte Werkstoff auf Silberbasis schon bei 3O3°C (die Gewichtszunahme beträgt 0,83 mg/dm- - Tag) s:ark angegriffen wird und bei 350°C überhaupt nicht korrosionsbeständig ist. Die erfindungsgemäße Legierung besitzt einen hohen Einfangquerschnitt für triermische und mittelschnelle Neutronen.
Die erfindungsgemäJJe Legierung weist auch einen hohen Neutronen-Reseinfangquerschnitt [einen um das 2fache größeren, gegenüber dem der bekannten Legierung) auf.
Die Gießeifenschafien der Legierung machen es möglich, verschieden g-*oße Stäbe für die automatische ao Regelung und den Notschutz von Kernreaktoren bei minimalen Bearbeitungszugaben zu fertigen, während ihre Zugfestigkeit und Zähigkeit eine hohe Betriebssicherheit von Regelungssystemen in thermischen Leistungsreak'.oren gewährleisten. Zum besseren Verstandnis der Erfindung werden folgende Beispiele für die neutronenabsorbierends Legierung angeführt.
Beispiel I
Neutronenabsorber« nde Legierung folgender Zusammensetzung: IO Gewichtsprozent Indium, 8 Gewichtsprozent Samarium., 13,5 Gewichtsprozent Hafnium, 68,5 Gewichisprozerw Nickel.
Man stellt die genannte Legieru: *, wie folgt her:
Man beschickt das Einsatzgut, und zwar Nickel, in den Tiegel, Indium, Samarium und Hafnium ins Dosiergerät, Das System wird evakuiert und mit einem Inertgas (Druck von 280 bis 300 Torr) gefüllt. Man erhitzt Nickel auf 900 bis 10000C und gibt die Hälfte der erforderlichen Indiummenge zu, hält bis zum vollen Erschmelzen (5 bis 8 min) und führt Nickel-Samarium sowie die restliche Menge von Indium ein (Indium und Nickel bilden ein Eutektikum mit 914°C Schmelztemperatur). Dann hält man bis zum vollen Erschmelzen 10 min, erhitzt auf 1400 bis 14500C und führt Hafnium ein. Es wird auf 1500 bis 1510° C erhitzt und 5 bis 7 min gehalten. Dann wird die hergestellte Legierung in Formen vergossen.
In der Tabelle sind die Hauptkennwerte der erhaltenen Legierung angegeben.
Beispiel 2
Neutronenabsorbierende Leigerung folgender Zusammensetzung: 1 Gewichtsprozent Indium, 0.5 Gewichtsprozent Samarium, 5 Gewichtsprozent Hafnium, 93,5 Gewichtsprozent Nickel.
Die genannte Legierung wird ähnlich der im Beispiel 1 beschriebenen hergestellt. Die Kennwerte der erhaltenen Legierung sind in der Tabelle angegeben.
Beispiel 3
Neutronenabsorbierende Legierung folgencer Zusammensetzung: 20 Gewichtsprozent Indium, 15 Gewichtsprozent Samarium, 18 Gewichtsprozent Hafnium, 47 Gewichtsprozent Nickel.
Die genannte Legierung wird ähnlich der im Beispiel 1 beschriebenen hergestellt. Die Kennwerte der erhaltenen Legierung sind in der Tabelle angegeben.
Kennwerte Bekannte Erfindungsgemäße 0,82 bis 0,83 Beispiel 0,4 3 0,82 bis 0,83
Legierung auf Legierung nach 2
Silberbasis I
1. Neutronen-Einfangcuerschnitt 0,6 0,2 0,6
(Borkarbideichnorrnal = I) 0.7 9,1 bis 9,5 9,0 9,7
2. Neutronin-Resteinfangquerschnitt am Ende
der Reaktorbetrii:b:i;:yklen
(Borkartideichnorrnal = I) 0,3 0,21 0,2 0,7
3. Dichte, i/cm3 10,17 0,59 0,47 0,98
4. Korrosionsbeständigkeit in Druckwasser 23 bis 32 30 bis 34 18 bis 27
(168 atm; 3000 hi Gewichtszunahme in
mg/dm2 Tag bei 3(K)0C 0,8.!
bei 3.'O°C nicht beständig
5. Zugfestigkeit (20c C), kp/mm2 —

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Neutronenabsorbierende Legierung, g e ken !zeichnet durch folgende Zusammensitzung:
I idium I bis 20 %,
Samarium 0,5 bis 15%,
Hafnium 5 bis 18%,
Nickel 47 bis 93,5%.
DE2401342A 1974-01-16 1974-01-11 Neutronenabsorbierende Legierung Expired DE2401342C3 (de)

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DE2401342A1 DE2401342A1 (de) 1975-07-17
DE2401342B2 DE2401342B2 (de) 1976-11-04
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