DE3721627C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen im Querschnitt kreuzförmigen Absorberstab für wassergekühlte Kernreaktoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Absorberstab ist aus der EP 01 30 483 A1 bekannt. Bei dem bekannten Absorberstab sind zwischen den U-förmigen Mantelplatten, diesen benachbart, Absorberplatten relativ langer Lebensdauer angeordnet, und zwischen diesen Platten befinden sich in Axialrichtung des Absorberstabs verlaufende Rohrelemente mit einem relativ kurzlebigen Absorberelement. Dadurch soll eine relativ einheitliche "nukleare Lebensdauer" des Materials des Absorberstabs erreicht werden. Allgemein ist man bestrebt, eine relativ hohe Lebensdauer für die Absorberstäbe zu erreichen, wobei mit dem relativ teueren Material sparsam umgegangen werden soll.

Weiterhin ist es bekannt, Absorberstäbe mit aus Borcarbid (B₄C) bestehenden Neutronenabsorbern dadurch zu kühlen, daß in den Hüllblechen Löcher vorgesehen werden, durch die Wasser in das Innere des Absorberstabs gelangen kann; vgl. VGB-Kernkraftwerks-Seminar, 1970, Seiten 92 und 93.

Sieht man in den Absorberstäben einen durchgehend gleichmäßigen Querschnitt vor, so muß dieser Querschnitt an den höchsten Neutronenfluß angepaßt werden. Hier kann man also ansetzen, um eine Materialersparnis zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Absorberstab der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bei vergleichsweise unveränderter Lebensdauer eine Gewichtsminimierung erfolgt.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Absorberstab der eingangs genannten Art dadurch, daß die Mantelplatten Öffnungen für den Durchtritt des Kühlwassers aufweisen und jeder Neutronenabsorber in Axialrichtung und/oder Radialrichtung in mehrere jeweils unterschiedliche Absorberdicken aufweisende Teilplatten aufgeteilt ist.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen berücksichtigen die unterschiedliche Neutronenabsorption in Längsrichtung und auch in radialer Richtung des Absorberstabs. Dort, wo nur mit einer relativ schwachen Neutronenexposition zu rechnen ist, reicht eine relativ geringe Absorberdicke aus. Dadurch, daß auf Abstand angeordnete Absorberplatten innerhalb der einzelnen U-förmigen Mantelplatten angeordnet sind, wird die Wirkung des Absorberstabs in unten noch näher erläuterter Weise erhöht. Dadurch läßt sich eine weitere Gewichtsreduzierung - bei konstantem Neutronenabsorptionsvermögen - erreichen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Ausführungsform eines Absorberstabs,

Fig. 2 eine Ansicht, die darstellt, wie Neutronenabsorber in den Absorberstab eingebaut sind,

Fig. 3 eine anschauliche Darstellung des Verlaufs des Reaktivitätsäquivalents (Neutronenabsorptions-Kennlinie) des Absorberstabs in Höhenrichtung,

Fig. 4 eine Teil-Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht, die einen in einen Absorberstab eingebauten Neutronenabsorber darstellt, der in Längsrichtung des Absorberstabs in acht Elemente unterteilt ist,

Fig. 6A bis 6C graphische Darstellungen des Reaktivitätsäquivalents bei unterschiedlichen Höhen des Absorberstabs,

Fig. 7 eine Ansicht eines Distanzstücks, welches jeden Neutronenabsorberabschnitt abstützt,

Fig. 8 eine Teil-Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 5,

Fig. 9 einen Grundriß entsprechend der Darstellung nach Fig. 4,

Fig. 10A eine vergrößerte Teilansicht, die den in Fig. 5 mit C markierten Abschnitt darstellt,

Fig. 10B eine Seiten-Schnittansicht entlang der Linie D-D in Fig. 10A,

Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wasserspalt-Breite und dem Reaktivitätsäquivalent veranschaulicht, wie sie durch Experimente bestätigt wurde, bei denen der Absorberstab in einen Simulator eines Siedewasserreaktor-Kerns eingetaucht wurde,

Fig. 12 bis 14 Ansichten verschiedener Formen von Neutronenabsorbern,

Fig. 15 eine graphische Darstellung, die die Konzentrationsverteilung von spaltbaren Atomarten in einem Reaktorkern entlang der Achse des Reaktorkerns veranschaulicht,

Fig. 16 eine graphische Darstellung, die die Verteilung des Neutronen-Multiplikationsfaktors in einem Reaktorkern entlang dessen Achse veranschaulicht,

Fig. 17 eine graphische Darstellung der Neutronenexpositions-Verteilung entlang der Achse des Absorberstabs,

Fig. 18 eine graphische Darstellung der Neutronenexpositions-Verteilung in Breitenrichtung des Flügels,

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Reaktivitätsäquivalent-Verteilung in Breitenrichtung eines Flügels, ausgehend von der Zentralstange bis hin zum radialen Ende des Flügels,

Fig. 20 eine fragmentarische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kernreaktor-Absorberstabs nach der Erfindung, wobei insbesondere ein Langzeit-Neutronenabsorber dargestellt ist,

Fig. 21 eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in Fig. 20,

Fig. 22 eine Schnittansicht eines Flügels der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorberstabs,

Fig. 23 bis 28 Schnittansichten von Flügeln weiterer Ausführungsformen des Absorberstabs,

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste Ausführungsform eines Absorberstabs 10. Er besitzt eine Zentralstange 14, die ein mit einem Griffteil 11 versehenes Oberteil 12 und ein Unterteil 13 verbindet. Die Zentralstange 14 besitzt Radialvorsprünge, die ihr einen im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt verleihen. Eine etwa U-förmige Mantelplatte 15 aus rostfreiem Stahl ist an dem Ende jedes Vorsprungs der Zentralstange 14 befestigt. Der Raum in jeder Mantelplatte 15 nimmt einen plattenförmigen Langzeit-Neutronenabsorber 18 aus Hafnium (Hf) auf. Jede Mantelplatte 15 bildet gemeinsam mit dem Langzeit-Neutronenabsorber 18 einen Flügel 16 des Absorberstabs 10, der also vier Flügel 16 aufweist.

Der Flügel 16 ist so ausgestaltet, daß es im wesentlichen die gleiche Größe, die gleiche Gestalt und das gleiche Gewicht aufweist wie die herkömmlichen Absorberstäbe die mit Borcarbid (B₄C) beladen sind, so daß er im Austausch in existierende Kernreaktoren eingeführt werden kann. Beispielsweise besitzt der Absorberstab 10 eine effektive Länge von etwa 3,83 m, eine Breite von etwa 250 mm, eine Dicke von etwa 8 mm, eine Mantelplattenstärke von etwa 1 mm und ein Gesamtgewicht von etwa 100 kg.

Der Neutronenabsorber 18 ist entlang der Achse der Zentralstange 14 in mehrere Elemente unterteilt, zum Beispiel in vier Teilplatten 18a, 18b, 18c und 18d, wie Fig. 2 zeigt. Nach Fig. 2 ist der linke Halbteil des Absorberstabs 10 mit Teilplatten geladen, während der rechte Halbteil in einem unbeladenen Zustand gezeigt ist. Die Teilplatten 18a, 18b und 18c, ausgenommen das dem Unterteil 13 benachbarte Element 18d, werden von Trägern 20 abgestützt, die an jedem Vorsprung der Zentralstange 14 in geeigneten Abständen in Längsrichtung ausgebildet sind, um zu verhindern, daß die Teilplatten 18a bis 18c sich nach oben und nach unten bewegen können.

Die Teilplatten 18a bis 18d sind so ausgebildet, daß der Neutronenabsorber 18, der aus diesen Elementen zusammengesetzt ist, eine Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, die von dem dem Oberteil 12 benachbarten Ende progressiv zu dem dem Unterteil 13 benachbarten Ende hin abnimmt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der Neutronenabsorber 18 in vier Teilplatten 18a bis 18d unterteilt ist, besitzt jede Teilplatte eine konstante Dicke, jedoch ändert sich die Dicke abgestuft derart, daß die am weitesten oben befindliche Teilplatte 18a die größte Dicke und die am weitesten unten befindliche Teilplatte in der Nachbarschaft des Unterteils die geringste Dicke besitzt. Diese abgestufte Dickenänderung des Neutronenabsorbers 18 bewirkt eine entsprechend abgestufte Änderung des Reaktivitätswerts, das heißt der Neutronenabsorptions-Kenngröße, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Ausgestaltung kann so gewählt sein, daß abhängig vom Entwurf oder der Betriebsweise des Absorberstabs der extreme Endabschnitt der am weitesten oben befindlichen Teilplatte 18a neben dem Oberteil, zum Beispiel in einer Zone von 35 cm, eine speziell erhöhte Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, um die Notschaltleistung des Reaktors zu verbessern, oder eine speziell verringerte Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, um jede drastische Änderung der Reaktorausgangsleistung zu unterdrücken, die möglicherweise hervorgerufen wird, wenn der Absorberstab hochgefahren wird. Zusätzlich werden die Neutronenabsorptions-Kennlinien in zumindest der obersten Teilplatte 18a so variiert, daß der der Zentralstange 14 benachbarte Abschnitt des Elements eine größere Neutronenabsorptions-Kapazität aufweist.

Im allgemeinen hat ein Absorberstab 10 in einem Kernreaktor die Neigung, daß das Oberteil 12 aufgrund der extremen Neutronenexposition versprödet. Deshalb wird das Oberteil für gewöhnlich aus einem rostfreien Stahl hergestellt. Um das Gewicht des Steuerblatts zu minimieren, besitzen das Oberteil 12, das Unterteil 13 und ein an dem Unterteil befestigter Geschwindigkeits-Begrenzer 22 eine weitestgehend reduzierte Dicke. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, besitzt der Absorberstab 10 unterhalb des Oberteils 12 einen freien Abschnitt 23. Dieser freie Abschnitt 23 kann als Hilfs-Handhabe verwendet werden.

Jede der Teilplatten, zum Beispiel die Teilplatte 18a, die in der Mantelplatte 15 angeordnet sind, setzt sich zusammen aus einem Paar von Teilplattenelementen 18a₁ und 18a₂ aus Hafniumfilmen oder -blättern, die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, wie Fig. 4 zeigt. Die Teilplattenelemente 18a₁ und 18a₂ sind voneinander durch punktförmige Distanzstücke 24 beabstandet. Diese Distanzstücke 24 verbessern die mechanische Festigkeit der Teilplatte 18a und lassen einen flachen Wasserspalt 25 zwischen den sich gegenüberliegenden Teilplattenelemente 18a₁ und 18a₂, durch den ein Moderator strömen kann. Mehrere Wasserdurchgangslöcher 26, die mit dem Wasserspalt 25 in Verbindung stehen, sind in den Wänden der Mantelplatte 15 und in entsprechenden Bereichen der Teilplatte 18a ausgebildet. Die Wasserdurchgangslöcher 26 sind in der Regel nicht so ausgebildet, daß sie den Flügel 16 linear durchsetzen. In anderen Worten: Die Löcher 26 sind versetzt angeordnet.

Jedes der Teilplattenelemente in jeder der Teilplatten 18a bis 18d hat die Form einer dünnen Platte oder eines dünnen Blatts von 0,5 bis 2,00 mm Stärke und ist an der Kante gekrümmt, um sich entlang dem Ende des Flügels 16 zu erstrecken. Zwischen den gekrümmten Endabschnitten des Paares von Teilplattenelementen 18a₁ und 18a₂ am Ende des Flügels 16 ist eine schmale Lücke gebildet, um eine ausreichende Flexibilität dieser Teilplattenelemente 18a₁ und 18a₂ zu gewährleisten.

Der Neutronenabsorber 18, der in dem Absorberstab 10 eingebaut ist, kann in axialer Richtung der Verbindungsstange 14 in acht Stufen oder Teilplatten 18a bis 18h abgestuft sein, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Teilplatte in jeder Stufe wird durch mehrere abstützende Distanzstücke 30 abgestützt, die an der Mantelplatte 15 in geeigneten Intervallen befestigt sind, wie Fig. 5 zeigt.

Die Teilplatten 18a bis 18h sind so ausgebildet, daß der aus diesen Elementen gebildete Neutronenabsorber 18 eine Neutronenabsorptions-Kennlinie aufweist, die von dem dem Oberteil 12 benachbarten Ende zu dem dem Unterteil 13 benachbarten Ende hin progressiv abnimmt. Insbesondere ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Neutronenabsorber 18 in acht Teilplatten 18a bis 18h unterteilt, wobei jede Teilplatte eine konstante Dicke besitzt, sich die Dicke jedoch stufenweise derart ändert, daß die am weitesten oben befindliche Teilplatte 18a neben dem Oberteil die größte Dicke und die am weitesten unten befindliche Teilplatte 18h neben dem Unterteil die kleinste Dicke besitzt. Diese abgestufte Änderung der Dicke bewirkt eine entsprechend abgestufte Änderung des Reaktivitätsäquivalents, das heißt der Neutronenabsorptions-Kennlinie, wie Fig. 6A zeigt.

Bei der in Fig. 6A dargestellten Anordnung besitzen sämtliche Teilplatten 18a bis 18h unterschiedliche Dicken, derart, daß der Neutronenabsorber 18 insgesamt eine Dickenverteilung aufweist, die in Richtung auf das dem Unterteil benachbarten Ende hin progressiv abnimmt. Dies ist jedoch nicht zwingend: Die Dickenverteilung kann auch so gewählt sein, daß mehrere benachbarte Teilplatten, wie in Fig. 6B gezeigt ist, gleiche Dicke besitzen, oder daß jede einzelne Teilplatte ihre größte Dicke an dem dem Oberteil 12 zugewandten Ende aufweist, während die kleinste Dicke an seinem dem Unterteil 13 zugewandten Ende vorhanden ist, so daß der Neutronenabsorber 18 insgesamt eine im wesentlichen lineare oder angenähert lineare Änderung der Dicke aufweist, wie in Fig. 6C gezeigt ist. Man kann die Ausführungsformen nach den Fig. 6A bis 6C auch kombinieren.

Wie Fig. 8 zeigt, besitzen die Teilplatten 18a bis 18h der jeweiligen Stufen Paare von Teilplattenelementen 18a₁, 18a₂, 18b₁, 18b₂; . . . 18h₁, 18h₂, die durch Hafnium-Blätter gebildet sind. Die Elemente jedes Paares sind so angeordnet, daß sie in Dickenrichtung des Flügels 16 einander gegenüberliegen; sie sind durch abstützende Distanzstücke 30 voneinander beabstandet. Die Form eines Distanzstücks 30 ist in Fig. 7 dargestellt. Das Distanzstück besitzt einen scheibenförmigen Distanzabschnitt 30a und axial von der Mitte des Distanzabschnitts 30a abstehende Stückschenkel 30b an beiden Seiten, die an den Innenwand-Flächen des Mantels 15 zum Beispiel durch Schweißen befestigt sind.

Die in den sich gegenüberliegenden Teilplattenelementen gebildeten Löcher 31 besitzen einen Durchmesser, der etwas größer ist als die Schenkel 30b, so daß eine Wärmeausdehnung oder -kontraktion der Neutronenabsorberplatten, hervorgerufen durch eine Temperaturänderung, möglich ist. Die Wasserdurchgangslöcher 26 sind derart angeordnet, daß sie die Flügel 16 nicht linear durchdringen, das heißt, sie sind abgestuft oder in Zickzack-Form angeordnet, wie Fig. 9 zeigt.

Bei dieser Ausführungsform beträgt die Dicke jedes Flügels 16 des Absorberstabs 10 etwa 8 mm, und jedes Teilplattenelement aus denen sich jede Teilplatte 18a bis 18h zusammensetzt, besteht aus einem metallischen Blatt mit einer Dicke von beispielsweise 0,5 bis 2,0 mm. Mit dieser Ausbildung besitzt, wie in Fig. 6A gezeigt ist, das dem Oberteil 12 benachbarte Teilplattenelement in der Teilplatte eine Dicke von 1,5 bis 2,0 mm, während das Element in der Teilplatte neben dem Unterteil eine Dicke von 0,5 bis 1,0 mm aufweist. Die Teilplattenelemente in den Zwischen-Teilplatten besitzen Zwischen-Dicken.

Es wurde ein kritisches Experiment durchgeführt, indem ein Versuchs-Absorberstab in einen Simulator eines SWR-Kerns eingeführt wurde. Der Absorberstab bei diesem Experiment setzte sich zusammen aus Paaren von Hafniumplatten als Neutronenabsorber, die in jedem Mantel aus rostfreiem Stahl mit einem Wasserspalt zwischen einander gegenüberliegenden Hafniumplatten angeordnet wurden, wie Fig. 8 und 9 zeigen.

Die Beziehung zwischen der Wasserspalt-Breite und dem Reaktivitätsäquivalent erwies sich anhand des Experiments so, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Dieses Versuchsergebnis lehrt, daß eine große Neutronenfluß Absorption selbst dann erzielt wird, wenn eine geringe Wasserspaltbreite von 2 bis 5 mm vorhanden ist. Eine weitere Dickenreduzierung der Hafniumplatte erhöht die Wasserspalt-Breite entsprechend und gestattet eine gewisse Kompensation der Reaktivitätsäquivalent-Verringerung aufgrund einer Plattendicken-Reduzierung.

Aus diesen Tatsachen ergibt sich, daß eine Gewichtsreduzierung des Absorberstabs erreichbar ist, während gleichzeitig ein hohes Reaktivitätsäquivalent beibehalten wird, wenn man die Wasserspalt-Breite dadurch vergrößert, daß man die Dicke der Hafniumplatte in den Bereichen des Absorberstabs reduziert, die nicht im oberen Bereich liegen, wo eine spezifisch große Hafniumplatten-Dicke im Hinblick auf die Verteilung der Neutronenexposition und im Hinblick auf die Reaktor-Abschaltgrenze erforderlich ist.

Fig. 10A und 10B zeigen den in Fig. 5 mit C markierten Bereich, wobei die Distanzstücke entfernt sind. Fig. 10B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in Fig. 10A. Man sieht, daß die Spalte 33a, 33b zwischen den benachbarten Teilplattenelementen 18a₁, 18a₂; 18b₁, 18b₂; . . . 18h₁, 18h₂ aufeinanderfolgender Teilplattenelemente 18a, 18b, . . . 18h, die in Axialrichtung des Steuerblatts 10 angeordnet sind, ausgebildet sind. Man sieht außerdem, daß die Spalte 33a und die Spalte 33b auf gegenüberliegenden Seiten des Wasserspalts derart abgestuft sind, daß sie von den Teilplattenelementen überlappt werden. Die Spalte 33a und die Spalte 33b zwischen den benachbarten Teilplattenelementen auf beiden Seiten des Wasserspalts sind derart versetzt oder abgestuft ausgebildet, daß diese Spalte von den Teilplattenelementen der gegenüberliegenden Seite des Wasserspalts überlappt werden.

Fig. 12 bis 14 zeigen modifizierte Ausgestaltungen von Teilplatten, wobei die Spalte 34a, 35a, 36a in der Vorderseite des Flügels so angeordnet sind, daß sie - betrachtet in zur Flügelebene senkrechter Richtung - die in der Rückseite des Flügels ausgebildeten Spalte 34b, 35b, 36b schneiden.

Eine in Fig. 15 dargestellte Kurve zeigt beispielhaft die Konzentrationsverteilung der spaltbaren Atomarten entlang der Achse des Siedewasserreaktor-Kerns, in dem der Brennstoff bis zu einem gewissen Maß abgebrannt ist. Da die Steuerung des Abbrands in dem Reaktorkern unterteilt ist in vier Abschnitte in Achsenrichtung des Reaktorkerns, ist der Absorberstab 10 zum Regeln des Abbrands ebenfalls in vier Abschnitte oder in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt, die dem ganzzahligen Vielfachen von vier entspricht.

Der Abbrand des Brennstoffs erfolgt im unteren Endabschnitt des Kernreaktors vergleichsweise langsam, so daß die Konzentration spaltbarer Nuklide in diesem Bereich des Kernreaktors groß ist. Bezeichnet man die axiale Länge des Reaktorkerns mit L, so zeigt sich in dem oberen Abschnitt oberhalb des Mittelabschnitts 2/4.L ein Phänomen, das als Erhärtung des Neutronenspektrums bekannt ist und zurückzuführen ist auf in diesem Abschnitt erzeugte Blasen. Als Ergebnis wird die Reaktion zur Erzeugung von Plutonium in diesem Bereich gefördert. Gleichzeitig verringern die Blasen den Fluß thermischer Neutronen, wodurch der Abbrand des Brennstoffs verzögert wird. Aus diesen Gründen zeigt der Reaktorkern für gewöhnlich das in Fig. 15 skizzierte Verteilungsmuster für spaltbare Nuklide.

Wenn das Verteilungsmuster spaltbarer Atomarten demjenigen nach Fig. 15 in dem Reaktorkern entspricht, so zeigt der Reaktorkern im Abschaltzustand eine Neutronen-Multiplikationsfaktor-Verteilung entlang der Reaktorkern-Achse, wie sie durch die Kurve B in Fig. 16 skizziert ist. Im allgemeinen gilt: Je größer der Neutronenmultiplikationsfaktor, desto kleiner die Reaktor-Abschalt-Grenze, das heißt, desto kleiner der Unterkritisch-Faktor. Die Verringerung des Multiplikationsfaktors am unteren und am oberen Ende des Reaktorkerns gemäß der Kurve B trägt zur Leckage von Neutronen in diesen Bereichen des Reaktorkerns bei.

Fig. 17 zeigt als Kurve C die Verteilung des Ausmaßes der Neutronenexposition des Kernreaktor-Absorberstabs entlang der Achse des Absorberstabs 10. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß das Maß der Neutronenexposition in einem begrenzten Bereich einer gewissen Höhe (für gewöhnlich etwa 30 cm) vom oberen Ende des Absorberstabs 10 aus drastisch ansteigt. In anderen Bereichen des Absorberstabs 10 verringert sich das Maß der Neutronenexposition progressiv in Richtung auf das untere Ende.

Der Absorberstab 10 ist nach dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß sein oberer Endabschnitt entsprechend 1/4.L (etwa 90 bis 95 cm) so ausgestaltet ist, daß er der lokalen Reduktion der Abschaltgrenze, die zurückzuführen ist auf den Anstieg des Neutronenmultiplikationsfaktors, ebenso Rechnung trägt wie der abnehmenden Tendenz der Abschaltgrenze, die zurückzuführen ist auf die drastische Zunahme der Neutronenexposition, die im oberen Abschnitt des Reaktorkerns zu beobachten ist, wie Fig. 16 und 17 zeigen.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Teilplatten so ausgebildet, daß der Neutronenabsorber insgesamt von dem dem Oberteil 12 benachbarten Ende aus in Richtung auf das dem Unterteil 13 benachbarte Ende progressiv dünner wird, um so den Neutronenabsorptionseffekt entsprechend zu verringern. Es ist jedoch anzumerken, daß die Neutronenabsorptionsleistung in dem Bereich von 1/4.L neben dem unteren Ende des Absorberstabs 10, das heißt vom oberen Ende des Unterteils 30 aus gerechnet, so bestimmt wird, daß sie etwas kleiner ist als diejenige in der Zone zwischen 1/4.L und 2/4.L, da in der Zone von 1/4.L der Neutronenmultiplikationsfaktor größer ist als in der Zone zwischen 1/4.L und 2/4.L, wie Fig. 16 zeigt, obschon das Maß der Neutronenexposition in der Zone 1/4.L kleiner ist als das in der Zone zwischen 1/4.L und 2/4.L.

Fig. 18 zeigt eine Kurve D, die ein typisches Beispiel für das Maß der Neutronenexposition in Breitenrichtung jedes Flügels 16 darstellt. Wie aus der Kurve D ersichtlich ist, nimmt das Ausmaß der Neutronenexposition in der Zone in der Nähe des äußeren Endes des Flügels drastisch zu und nimmt im inneren Bereich neben der Zentralstange 14 geringfügig zu. Deshalb ist es möglich, eine Reaktivitätsäquivalent-Verteilung gemäß Fig. 19 zu erhalten, indem man die Neutronenabsorptions-Kennlinie E des Neutronenabsorbers 18 in Breitenrichtung des Flügels 16 variiert.

Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Absorberstabs werden im folgenden beschrieben.

Fig. 20 bis 22 zeigen eine zweite Ausführungsform des Absorberstabs, welcher mit Verstärkungsmitteln für die Flügel ausgestattet ist.

Der Absorberstab 10 besitzt mehrere Flügel, die jeweils einen plattenähnlichen Langzeit-Neutronenabsorber 18 besitzen, der sich zusammensetzt aus Paaren einander gegenüberliegender Teilplattenelemente 38a und 38b, die mit Hilfe von punktförmigen Distanzstücken 39 in Abstand voneinander und aneinander gehalten werden. Die Neutronenabsorberplatten sind an ihren dem äußeren Ende des Flügels entsprechenden Endabschnitten an einer gemeinsamen Verbindungsstange 40 festgelegt, wodurch eine hohe mechanische Festigkeit und Stabilität sichergestellt ist.

Im allgemeinen nehmen die äußeren Endabschnitte der Teilplattenelemente 38a, 38b eine größere Menge von Neutronenexposition auf als die anderen Abschnitte. Die zwischen diesen Endabschnitten angeordnete Verbindungsstange 40 erhöht wirksam die Reaktivität. Die anderen Enden der Teilplattenelemente 38a und 38b, das heißt, die der Zentralstange 14 zugewandten Enden, sind so gekrümmt, daß sie einander annähern, jedoch voneinander beabstandet bleiben, um jegliche Wärmeausdehnung der Teilplattenelemente 38a und 38b auszugleichen.

Andere Teile bei dieser Ausführungsform sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 4 und sind hier mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Fig. 23 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Absorberstabs 10B mit einem Neutronenabsorber 18 innerhalb des Mantels jedes Flügels. Der Neutronenabsorber 18 besitzt Paare von Teilplattenelementen 41a und 41b, von denen jedes durch Biegen einer Hafniumplatte zu einer tiefen U-Form gebildet ist, und die in dem Mantel 15 derart aufgenommen sind, daß ihre offenen Enden einander gegenüberliegen, und zwar unter Zwischenschaltung eines Versteifungsteils 42, das gleichzeitig als Distanzstück dient, oder eines gewellten Blatts 43, das vorzugsweise aus einem langlebigen neutronenabsorbierenden Material, zum Beispiel Hafnium, besteht.

Fig. 24 bis 27 zeigen weitere Ausführungsformen des Absorberstabs.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 24 besitzt der Absorberstab 10 einen Neutronenabsorber 18 in jedem Flügel, bestehend aus Hafniummetallplatten, und er ist in axialer Richtung in mehrere Teilplattenelemente unterteilt, von denen eine Teilplatte 18A dargestellt ist. Diese Teilplatte 18A ist in zwei Abschnitte unterteilt: Einen inneren Abschnitt, der sich aus einander gegenüberliegenden Teilplattenelementen 18Aa zusammensetzt, und einem äußeren Abschnitt, der sich aus einander gegenüberliegenden Teilplattenelementen 18Ab zusammensetzt, wobei die Abschnitte in Breitenrichtung des Flügels, das heißt in radialer Richtung angeordnet sind. Teilplattenelemente 18Aa und 18Ab liegen einander in Dickenrichtung des Flügels 16 gegenüber und definieren dadurch einen Wasserspalt 25, dessen Breite sich abgestuft in Breitenrichtung des Flügels 16 ändert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 25 besitzt der Absorberstab 10 in jedem Flügel mehrere Teilplatten 18B, bestehend aus einem Paar einander gegenüberliegender Teilplattenelemente 18Ba, deren Dicke progressiv am radialen Ende des Flügels 16 zur Zentralstange 14 hin abnimmt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 26 besitzt der Absorberstab 10I in jedem Flügel einen Neutronenabsorber 18, der in axialer Richtung in mehrere Teilplatten 18C unterteilt ist, die ihrerseits in Breitenrichtung weiter unterteilt sind in einen inneren Abschnitt, der aus Teilplattenelementen 18Ca besteht, und einem äußeren Abschnitt, der aus Teilplattenelementen 18Cb besteht. Um zu vermeiden, daß zwischen den inneren und äußeren Abschnitten irgendein Spalt gebildet wird, sind an den Enden der Teilplattenelemente 18Cb benachbart zum inneren Abschnitt Eingriffsstufen 55 ausgebildet, so daß die Enden der Elemente 18Ca am inneren Abschnitt in die Eingriffsstufen 55 eingreifen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 27 besitzt der Absorberstab 10J einen Neutronenabsorber 18 in jedem seiner Flügel 16. Das Absorberelement 18 setzt sich aus drei Teilplattenelementen 18Da, 18Db und 18Dc zusammen, die in Dickenrichtung des Flügels 16 angeordnet sind. Diese Elemente 18Da, 18Db und 18Dc werden durch Distanzstücke 56 zusammengehalten, wobei die Distanzstücke Spalte 25 zwischen jeweils benachbarten Teilplattenelementen bilden.

Fig. 28 zeigt einen Absorberstab 10 mit einem Neutronenabsorber 18 in jedem seiner Flügel 16. Der Neutronenabsorber 18 ist in axialer Richtung in mehrere Teilplatten 18Ea, 18Eb, 18Ec und so fort eingeteilt, von denen jedes aus einander gegenüberliegenden Teilplattenelementen besteht. Bei dieser Ausführungsform sind die Teilplattenelemente teilweise an ihren benachbarten Enden durch Stufen 57-59 überlappt.

Claims (7)

1. Im Querschnitt kreuzförmiger Absorberstab (10) für wassergekühlte Kernreaktoren, umfassend:

• ein Stabgerüst mit je einem kreuzförmigen Ober- und Unterteil (12, 13) und mit einer diese Teile verbindenden Zentralstange (14) sowie
• vier zwischen dem Ober- und Unterteil angeordneten Flügeln (16) mit im Querschnitt etwa U-förmigen Mantelplatten (15), die mit ihrer Öffnung jeweils einen sich entlang der Zentralstange erstreckenden Radialvorsprung umfassen, wobei in jedem Flügel zwei plattenförmige, senkrecht zur Flügelebene voneinander beabstandete, sich über die Länge der Flügel erstreckende Neutronenabsorber (18) eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelplatten (15) Öffnungen (26) für den Durchtritt des Kühlwassers aufweisen, und
• daß jeder Neutronenabsorber (18) in Axialrichtung und/oder Radialrichtung in mehrere jeweils unterschiedliche Absorptionsdicken aufweisende Teilplattenelemente aufgeteilt ist.

2. Absorberstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander gegenüberliegenden Teilplattenelementen (18a₁, 18a₂ . . .) der Neutronenabsorber Distanzstücke (24) angeordnet sind.

3. Absorberstab nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenabsorptionsdicke innerhalb zumindest eines Teils der Teilplattenelemente in Radialrichtung zunimmt.

4. Absorberstab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilplattenelementen Wasserdurchgangslöcher (32, 33a, 33b) ausgebildet sind, die mit den Öffnungen (26) in den Mantelplatten (15) fluchten.

5. Absorberstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außen gelegenen Enden der Teilplattenelemente mit einer äußeren Verbindungsstange (40) verbunden sind.

6. Absorberstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten von einander gegenüberliegenden Teilplattenelementen aufeinander zugebogen sind.

7. Absorberstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Spalt zwischen benachbarten Teilplattenelementen von demjenigen Teilplattenelement abgedeckt ist, das diesem Spalt in Dickenrichtung des Flügels gegenüberliegt.