SE500610C2 - Styrstav för kärnreaktorer - Google Patents

Description

500 610 som möjligt för att erhålla en styrstav med lång livslängd och god styr- stavsverkan.

Hafnium har därför delvis fått ersätta borkarbid som neutronabsorberande fyllning i kanaler eller rör i absorbatorplattor för att undvika livstids- begränsande problem med sprickbildning och borkarbidurlakning. Det finns dock ett antal problem förknippade med att ha borkarbidpulver och hafnium- kroppar i styrstavens absorbatorutrymmen. Vid tillverkning av styrstavar har det visat sig komplicerat att placera hafniumpluggar i utrymmet över borkarbidpulvret utan att behöva tillgripa individuella justeringar av hafniumpluggarnas längd och position för att inte få problem vid tillslut- ningen av absorbatorplattan. Den del av styrstaven som erhållit hafnium som absorbatormaterial får initialt även en något lägre neutronabsorber- ande förmåga, eftersom hafnium har ett lägre neutronabsorbtionstvärsnitt än borkarbid.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt den föreliggande uppfinningen förses en styrstav med absorbator- material som består av borkarbid och hafnium som blandats i pulver eller granulform eller dylikt och som därefter pressats eller pressats och sintrats till sammanhängande kroppar med lämplig storlek och form för att med ingen eller relativt enkel efterbearbetning införas i åtminstone några av styrstavens absorbatorutrymmen.

Det innebär stora fördelar ur tillverkningsteknisk synpunkt att forma hafnium tillsamman med borkarbid i pulverform. Hafnium erhålls vid utvinn- ingen i svampform som sedan omsmältes och bearbetas i flera steg för att kunna formas till en fast kropp. Dessa steg är relativt komplicerade eftersom hafnium är en mycket reaktiv metall. Genom att forma kroppen av hafnium i pulverform, som kan erhållas genom t ex malning av svampproduk- ten, så bringar man ner antalet bearbetningsoperationer för att erhålla slutprodukten väsentligt.

Vid tillverkningen av styrstaven är det också väsentligt enklare att förse absorbatorutrymmena med kutsar eller stänger av kroppar av hafnium och borkarbid jämfört med att fylla och packa borkarbidpulver och därefter införa hafniumkroppar.

Cfifl /lfi QUU 6IU Det har också visat sig att om man har en styrstav med ett antal av absor- batorutrymmena fyllda med absorbatormaterial bestående av hafnium och borkarbid och dessa komponenter är homogent eller åtminstone i huvudsak homogent fördelade i absorbatorutrymmet så erhålls bättre styrstavsverkan för styrstaven jämfört med om komponenterna vid samma täthet är sektions- vis placerade i absorbatorutrymmet.

De pressade och sintrade absorbatorkropparnas täthet beror av faktorer vid framställningen som är konventionella för tillverkning av cermeter, och kan givetvis varieras. Lika så kan den relativa mängden av respektive absorbatormaterial varieras.

En höjning av styrstavsverkan innebär att neutronabsorbtionsförmågan för styrstaven är större. Det är framför allt väsentligt att i styrstavens övre del kunna förse styrstaven med absorbatormaterial med högt neutron- absorbtionstvärsnitt och som inte har nackdelar såsom stor gasbildning och därmed sammanhängande risk för sprickbildning. Genom att i åtminstone de- lar av absorbatorutrymmena i företrädesvis den övre halvan av styrstaven införa absorbatormaterial av sintrad hafnium och borkarbid erhålls en styrstav med längre livslängd eftersom en större del av absorbatorutrymmet innehåller hafnium som har en i stort konstant utbränningsprofil.

Neutronabsorbtionstvärsnittet är initialt högre för borkarbid än för hafnium. Borkarbiden utbränns dock successivt vid bestrålning och styrsta- vens livslängd baserar sig på att neutronabsorbtionsförmågan får avta högst 10 % av initialt värde.

I kallt tillstånd är bränslet i den övre delen av härden mest reaktivt.

Det är därför nödvändigt att styrstaven har tillräcklig neutronabsorber- ande förmåga i sin övre del för att kunna säkerställa en avställning av härden. För att komplettera styrstavens neutronabsorbtion tillsätts vanligtvis brännbara absorbatorer såsom gadoliniumoxid till bränslet. Kan man öka neutronabsorbtionsförmågan i styrstaven så kan mindre mängd gadoliniumoxid tillsättas bränslet. Detta leder till stora ekonomiska besparingar genom ett bättre utnyttjande av bränslet.

Genom att en styrstav enligt uppfinningen har bättre styrstavsverkan än en styrstav med borkarbid och hafnium sektionsvis placerade i ett absorbator- utrymme, kan man minska mängden gadoliniumoxid som tillsätts till bränslet 500 610 utan att marginalen för kall avstängning av reaktorn förändras.

En styrstav enligt uppfinningen leder alltså till väsentliga fördelar ur tillverkningsteknisk synpunkt och dessutom erhålls en styrstav med bättre styrstavsverkan än när borkarbidpulver och hafniumkroppar är separat inlagda i styrstaven vilket medför att styrstavens livslängd kan ökas eller att mängden neutronabsorberande material som tillsätts till bränslet kan minskas.

Den i fig 1 visade styrstaven är i huvudsak tillverkad av rostfritt stål.

Konstruktionsmaterialet i styrstaven kan även vara Inconel 600 eller annan nickelbaserad legering. Styrstaven består av en av en vertikalt anordnad kopplingsstång 11 uppburen absorbatordel 12. Absorbatordelen består av fyra absorbatorplattor 13-16, vilka bildar ett rätvinkligt kors, vars centrumlinje sammfaller med kopplingsstångens. Absorbatorplattorna är i centrum försedda med ursparingar 17 och klackar 27 och är vid klackarna sammansvetsade med varandra och vid en intill klackarna anordnad stödjande kloss 28 med kvadratiskt tvärsnitt. Plattorna som har en tjocklek av 8 mm är försedda med ett stort antal borrade kanaler 18 (18a-c) med en diameter av 6 mm och ett djup av 100 mm. De översta kanalerna 18a, som är mest utsatta för strålning är fyllda med stavar av hafniummetall med samma längd som kanalerna. Hafnium sväller inte vid bestrålning. Därunder anordnade kanaler 18b är fyllda med kutsar 20 tillverkade av borkarbid- och hafniumpulver som pressats och sintrats till kroppar med en täthet av ungefär 70 %. Cirka en tredjedel av volymfraktionen utgörs av borkarbid och cirka två tredjedelar av hafnium. Längst ned anordnade kanaler l8c där bestràlningen är minst är i sin helhet fyllda med pulverformig borkarbid.

Varje absorbatorplattas från stavens centrumlinje vända kant är försedd med ett spår 22, i vilket anordnats en skena 23. Åtminstone i den övre delen är skenan 22 lämpligen av hafniummetall. Den kan också i sin helhet och åtminstone i den undre delen vara av t ex rostfritt stål. För styrning av styrstaven i de relativt smala spalterna mellan reaktorns bränsleboxar är den upptill försedd med styrdynor 24 av Inconel. Dessutom är den för- sedd med ett lyfthandtag 25 för hantering av staven vid inmontering och utbyte. Nedtill är staven anordnad med ett kopplingshuvud 26 över vilket staven kan förbindas med en drivmekanism (styrdon).

Figur 2 visar en styrstav 1 för kokarreaktorer bestående av fyra blad 2 som är fästade vid en central mittdel 3. Varje blad består av ett flertal

Claims (2)

500 610 horisontellt anordnade rör 5 omgivna av ett hölje Ä. I varje rör är an- ordnat neutronabsorberande material som åtminstone i styrstavens övre del består av kroppar av pressad och sintrad borkarbid och hafnium. Uppfinnigen har beskrivits i samband med användning av borkarbid och hafnium. Uppfinningen är även tillämplig vid användning av andra kända absorbatormaterial såsom europium i form av oxid eller annan förening och ett metalliskt material med högt neutronabsorbtionstvärsnitt såsom kadmium eller någon legering därav. PATENTKRAV

1. Styrstav för kärnreaktor, vilken omfattar ett antal absorbatorblad fastsatta vid en mittdel och varvid absorbatorbladen är försedda med absorbatorutrymmen innehållande neutronabsorberande material som åtmins- tone i några av absorbatorutrymmena består av flera komponenter k ä n n e t e c k n a d därav att minst några av absorbatorutrymmena är helt eller delvis fyllda med neutronabsorberande material som består av en homogen eller åtminstone i huvudsak homogen blandning av minst två kompo- nenter som i form av pulver, granuler eller dylikt pressats eller pressats och sintrats till sammanhängande kroppar.

2. Styrstav enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d därav att en komponent är bor eller någon borförening företrädevis borkarbid och att en annan komponent är ett metalliskt material med högt neutronabsorbtions- tvärsnitt företrädesvis hafnium.