SE536815C2 - Reaktorkomponent - Google Patents

Description

536 815 annan påverkan. Även olika former av materialavverkande pro- cesser, så som materialavverkande nötning, fretting och ero- stonskorrosion, kan förekomma på reaktorkomponenterna. Nöt- ning kan exempelvis ske genom kontakt mellan närliggande komponenter eller genom kontakt mellan reaktorkomponenten och en materialström av den yttre omgivningen, så som kylme- diumets strömning genom reaktorn. l det senare fallet kan mate- rial avverkas från reaktorkomponenten då mediumet hos den ytt- re omgivningen med hög hastighet kolliderar med reaktorkom- ponenten och avverkar material från komponentens yta. Då en eller flera reaktorkomponenter har påverkats av nötning, korro- sion eller annan påverkan, kan det vara nödvändigt att stoppa rektorn för att byta ut de felande reaktorkomponenterna. Ett driftstopp medför stora kostnader i form av utebliven produktion samt kostnader för reparation eller utbyte av de felande reaktor- komponenterna.

Reaktorkomponenterna kan genom sin verkan i reaktorn ha akti- verats och blivit radioaktiva. Den yttre omgivningen i reaktorn kring reaktorkomponenterna kan kontamineras genom att reak- torkomponenterna och den yttre omgivningen reagerar med var- andra eller genom olika former av materialavverkande proces- ser. En kontaminering av den yttre omgivningen med material från reaktorkomponenterna innebär en spridning av radioaktiva substanser i reaktorn. Materialavverkning från reaktorkompo- nenter kan även medföra att bitar av reaktorkomponenterna nöts bort. Dessa bitar kan strömma runt i kylsystemet och nöta på andra reaktorkomponenter, exempelvis kapslingsrören i ett bränsleelement, vilket kan leda till att reaktorkomponenternas funktion försämras eller helt upphör. i exemplet med nötning på kapslingsrören i ett bränsleelement kan detta leda till så kallade bränslesk-ador, där fissilt material kommer i kontakt med den ytt- re omgivningen och kontaminerar den yttre omgivningen. En kontaminering av den yttre omgivningen medför att underhålls- personal vid reaktorn exponeras för ökade stråldoser vid servi- 536 815 cearbeten. Det kan även krävas att reaktorn stoppas och att den felande reaktorkomponenten byts ut.

Reaktorkomponenters godstjocklek är dimensionerad med sä- kerhetsmarginaler mot uppkomsten av olika grader av påverkan från exempelvis korrosion och nötning. Det är önskvärt att ge- nom olika typer av förbättringar minska reaktorkomponenternas godstjocklek. En anledning till att minska komponenternas gods- tjocklek är att förbrukade reaktorkomponenter på grund av sin radioaktivitet behöver specialbehandlas eller lagras tills deras radioaktívitet minskat till vissa värden. Denna typ av behandling eller lagring är kostsam, varför en reducering av materialmäng- den av reaktorkomponenterna är önskvärd. Vissa reaktorkom- ponenters funktion förbättras då deras godstjocklek minskas. Ett exempel på en reaktorkomponent vilkens funktion förbättras ge- nom en reducerad godstjocklek är så kallade spridare, vilka har till uppgift att separera bränslestavar i ett bränsleelement och skapa turbulens i flödet av kylmediumet för överförande av vär- me från bränslestavarna till kylmediumet. Genom att minska spridarnas godstjocklek reduceras det av spridarna åstadkomna tryckfallet i bränsleelementet. Därigenom kan exempelvis antalet spridare i ett bränsleelement ökas med en förbättrad värmeöver- föringsförmåga till kylmediumet, samtidigt som det totala tryck- fallet i bränsleelementet bibehålls.

En teknik för behandling av utbränt kärnbränsle för vidare förva- ring beskrivs i EP-1249844. I dokumentet behandlas utbränt kämbränsle med pulver av aluminium och bor som pressas ge- nom Cold lsostatic Pressing (CIP) och sedan sintras samman med hjälp av plasmasintring.

WO 97150091 visar en spridare av ett keramiskt material för ett bränsleelement. Den keramiska spridaren är framställd genom ett traditionellt sintringsförfarande. Ett problem vid användning av keramiska material som konstruktionsmaterial är att säker- ställa materialets mekaniska egenskaper, så som hållfasthet, 536 815 utmattningstålighet etcetera. Vid traditionell framställning av ke- ramiska komponenter introducera olika typer av defekter i mate- rialet, vilka har en negativ inverkan på de mekaniska egenska- perna. Dokumentet visar inte på någon materialgradient- mellan två olika material.

WO 94/14164 visar en nötningsbeständig beläggning på ett bränsleelement och en styrstav. Beläggningen innefattar ett ke- ramiskt material inblandad i en glasmatris, där glasmatrisen ut- gör bindningen till det underliggande metalliska materialet. Be- läggningen appliceras på det metalliska materialet genom en sprayrnetod. Dokumentet visar inte på någon materialgradient mellan två olika material.

SAMMANFATTNtNG AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en reaktorkomponent med förbättrade egenskaper.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna kompo- nenten som innefattar de särdrag som anges i kravet 1 känne- tecknande del.

Reaktorkomponenten uppnår ovan nämnda ändamål medelst det intermediära skiktet mellan kärnan och skiktet.

Med reaktorkomponent avses en komponent som är anpassad att användas i fissionsreaktorer. Reaktorkomponenten innefattar en kärna samt ett skikt som åtminstone delvis innesluter kärnan.

Kärnan hos komponenten består av det första materialet och skiktet hos komponenten består av det andra materialet.

Det intermediära skiktet är ett skikt mellan kärnan och skiktet som ger en övergång av egenskaperna från det första materialet till det andra materialet. Det intermediära skiktet innefattar en stegvis eller gradvis övergång av koncentrationen av det första och det andra materialet. Det intermediära skiktet har en mate- 536 815 rialgradient, med vilket menas att koncentrationen av det första materialet och det andra materialet i det intermediära skiktet är större än noil. Materialgradienten innebär en koncentrati-onsför- ändring ijämförelse med kärnan och i jämförelse med skiktet.

Materialgradienten kan innefatta en homogen blandning av det första och det andra materialet. Materialgradienten kan också innefatta en förändring inom det intermediära skiktet av förhål- landet mellan koncentrationen av det första och det andra mate- rialet. Därigenom kan materialgradienten anpassas efter materi- alegenskaperna, exempelvis med avseende på temperaturex- pansion, hos det första och det andra materialet för att uppnå goda materialegenskaper hos reaktorkomponenten. Genom ma- terialgradienten skapas en övergång mellan det första materialet i kärnan och det andra materialet i skiktet, vilket ger en stark vidhäftning mellan skiktet och kärnan. Materialgradienten i det intermediära skiktet medför att inre spänningar i komponenten skapade av termiska och elastiska skillnader mellan det första och det andra materialet reduceras. Därmed uppkommer en för- bättrad vidhäftning av skiktet vid kärnan, vilket ger komponenten en förbättrad funktionalitet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar materialgradi- enten en successiv minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan till skiktet och en successiv ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan till skiktet.

Därmed är materialgradienten utformad för att ge en gradvis övergång av egenskaperna från det första materialet till det andra materialet, och vice versa.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är reaktorkomponenten framställd genom sintring, vilket ger komponenten en god sam- mansintring av det första materialet med det andra materialet.

Sintringsförfarandet kan inbegripa eller kombineras med ett på- lagt tryck och/eller en förhöjd temperatur. Sintringsförfarandet säkerställer att ett flertal materialegenskaper, så som kornstor- lek och porositet, hos den sintrade komponenten kan styras 536 815 inom ett brett intervall. Sintringsförfarandet kan innefatta ste- gen: tillförsel av det första materialet och det andra materialet till ett utrymme hos ett verktyg på så sätt att det andra materia- let åtminstone delvis innesluter det första materialet, och sam- mansintring av det första och det andra materialet till den neu- tronabsorberande komponenten, så att det intermediära skiktet mellan kärnan och skiktet bildas. Vid tillförseln av det första ma- terialet och det andra materialet bildas en intermediär zon mel- lan en inre del av utrymmet och en yttre del av utrymmet. Den intermediära zonen innefattar en minskning av koncentrationen av det första materialet från den inre delen av utrymmet till den yttre delen av utrymmet och en ökning av koncentrationen av det andra materialet från den inre delen av utrymmet till det yttre av utrymmet. Vidare kan utrymmet vibreras på så sätt att det första materialet och det andra materialet sammanförs och bil- dar den intermediära zonen. Det första materialet som tillförs kan vara i pulverform. Även det andra materialet som tillförs kan vara i puiverforrn.

Vidare kan utrymmet avdelas av ett inre skiljeorgan, som inne- fattar den inre delen och av ett yttre skiijeorgan som innefattar den yttre delen, varvid en mellanliggande del bildas mellan det yttre skiljeorganet och det inre skiljeorganet. Skiljeorganen kan exempelvis vara utformade som rör beroende på formen hos den komponent som skall tillverkas. Den mellanliggande delen till- förs en blandning av det första materialet och det andra materia- let för skapande av den intermediära zonen. Den mellanliggande delen kan också uppdelas i avdelningar av åtminstone ett me!- lanliggande organ, varvid avdelningarna tillförs blandningar av olika förhållande mellan koncentrationen av det första materialet och det andra materialet.

Enligt en utföríngsform av uppfinningen är skiktet inrättat för att skydda kärnan, exempelvis från en yttre omgivning. Därmed skyddas reaktorkomponentens kärna från växelverkan, så som olika typer av korrosion och nötníng. växelverkan kan innefatta 536 815 en reaktion mellan reaktorkomponenten och en yttre omgivning, så som korrosion av reaktorkomponenten eller materialavverk- ning på reaktorkomponenten. växelverkan kan även innefatta nötning mellan närliggande reaktorkomponente-r. Genom skiktets skydd av reaktorkomponentens kärna säkerställs reaktorkompo- nentens funktionalitet, varigenom reaktorkomponentens driftsä- kerhet ökas. På samma sätt skyddar skiktet omgivande kompo- nenter från att påverkas av reaktorkomponenten, så som påver- kan av skuggkorrosion. Därigenom kan driftstopp av reaktorn på grund av felande reaktorkomponenter undvikas. Genom skiktets skydd av reaktorkomponentens kärna undviks även att bitar av reaktorkomponenterna nöts bort från reaktorkomponenten. Des- sa bitar kan skapa skador på andra reaktorkomponenter, exem- pelvis i form av bränsleskador på bränsleelement. Genom skik- tets skydd av reaktorkomponenten hindras även materialavverk- ning av material innefattande radioaktiva substanser från reak- torkomponenten. Därigenom kan en spridning av radioaktiva substanser i den yttre omgivningen undvikas. Genom att hindra den yttre omgivningen från att kontamineras minskar under- hållspersonalens exponering för strå_ldoser vid servicearbeten vid reaktorn. Skiktets skydd kan även användas för att reducera reaktorkomponentens godstjocklek. Därigenom kan kostnaderna för avfallsbehandling av förbrukade reaktorkomponenter reduce- ras. För vissa reaktorkomponenter, exempelvis spridare i bräns- leelement, ger en reducering av reaktorkomponentens gods- tjocklek en förbättrad prestanda. Denna förbättrade prestanda kan exempelvis användas för att öka verkningsgraden av reak- torns produktion.

Den yttre omgivningen utgörs av omgivningen kring reaktorkom- ponenten, vilket huvudsakligen innefattar ett modererande ooh ett kylande medium. Vid reaktordrift utgör den yttre omgivningen en reaktiv miljö som vid kontakt kan reagerar med reaktorkom- ponenten. 536 815 Enligt en utföringsform av uppfinningen är skiktet väsentligen korrosionsbeständigt i en miljö hos en fissionsreaktor. Med vä- sentligen korrosionsbeständigt menas att skiktet är kemiskt inert, eller väsentligen kemiskt inert, och att dess skyddande ef- fekt därigenom bibehålls vid exponering mot den yttre omgiv- ningen i en fissionsreaktor. Genom skiktets korrosions- beständighet skyddas kärnan hos reaktorkomponenten från att påverkas av den yttre omgivningen. Därigenom säkerställs reak- torkomponentens integritet och funktion.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är skiktet inrättat för att åtminstone delvis elektriskt isolera kärnan från en yttre omgiv- ning. Med elektrisk isolering menas att skiktet motsätter sig le- dande av en elektrisk ström. Genom att skíktet åtminstone delvis elektriskt isolerar kärnan hindras olika typer av korrosionspåver- kan, så som skuggkorrosion, på reaktorkomponenter eller korro- sionspåverkan mellan olika reaktorkomponenten Enligt en utföringsform av uppfinningen har skiktet ett högre nötningsmotstånd än kärnan hos reaktorkomponenten. Därige- nom. skyddar skiktet kärnan hos reaktorkomponenten från olika former av nötning, så som mekanisk nötning mellan närliggande reaktorkomponenter, erosionskorrosion, etcetera. Därigenom säkerställs reaktorkomponentens integritet och funktion.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar skiktet hos reaktorkomponenten åtminstone ett av ett metalliskt material och ett keramiskt materiat. Vissa material från dessa grupper har egenskaper som är speciellt lämpliga i reaktormiljöer. Ex- empelvis har vissa. keramiska material, så som SiC, en hög kor- rosionsbeständighet, en hög hårdhet och är värmebeständiga.

Exempelvis har vissa rnetalliska material, så som Zr, en hög kor- rosionsbeständighet och goda mekaniska egenskaper.

Enligt en utföringsform av uppfinningen består skiktet hos reak- torkomponenten av åtminstone en substans vald ur gruppen Ti, 536 815 Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrOz, Al2O3, blandningar därav, samt av eventuell balans. Substanser från denna grupp har egenska- per som är fördelaktiga för skiktet hos reaktorkomponenten.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innesluter skiktet futš- ständigt kärnan. Därigenom skyddas och separeras kärnan full- ständigt från den yttre omgivningen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen utgör reaktorkomponen- ten åtminstone en del av en spridare för ett bränsleelement.

Därmed kan spridaren sättas samman av en eller flera reaktor- komponenter i olika konfigurationer. Spridaren anpassas därmed för användning i olika typer av reaktorer. Genom skiktet skyddas spridaren från olika former av påverkan, så som skuggkorrosion, nötning, fretting, erosionskorrosion etcetera.

En spridare har till uppgift att separera bränslestavar i ett bräns- teelement och skapa turbulens i flödet av kylmed-iumet för över- förande av värme från bränslestavarna till kylmediumet. Sprida- ren innefattar ett gitter av spridareceller, vilka är avsedda att ta emot bränslestavar. Spridarens gitter kan exempelvis byggas upp av längs- och tvärgående spridarväggar, av sammankoppla- de hylsor, eller genom andra konstruktioner. Reaktorkomponen- ten kan exempelvis utgöra en spridarvägg, vilken tillsammans med ett flertal spridarväggar monteras till en spridare. På sam- ma sätt kan reaktorkomponenten utgöra en spridarhylsa, vilken tillsammans med ett flertal spridarhylsor monteras tili en sprida- re. Även andra utföranden av reaktorkomponenter kan kombine- ras så att de enskilt eller tillsammans utgör en spridare.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är spridaren utformad att användas i en lättvattenfissionsreaktor av typen kokvattenre- aktor.

Enligt en utföringsform av uppfinningen utgör reaktorkomponen- ten åtminstone en del av en styrstavspets avsedd att införas i 536 815 eller i närheten av ett bränsleelement. Genom skiktet skyddas styrstavsspetsen från olika former av påverkan, så som skugg- korrosion, nötning, fretting, erosionskorrosion etcetera.

En styrstav har till uppgift att påverka reaktiviteten i en fissions- reaktor. Styrstaven kan komma i kontakt med eller påverkas av närliggande komponenter, så som ledrören i ett bränsleelement för en tryckvattenreaktor eller bränsleboxen i ett bränsleelement för en kokvattenreaktor.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är styrstavsspetsen ut- formad att användas i en Iättvattenfissionsreaktor av typen tryckvattenreaktor.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen ska nu förklaras närmare genom beskrivning av olika utföringsformer av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1 visar ett tvärsnitt av en reaktorkomponent enligt en utfö- ringsform av uppfinningen i en vy sedd från sidan.

Figur 2 till 5 visar diagram med olika exempel på materialkon- centrationen hos ett tvärsnitt av reaktorkomponenter.

Figur 6a visar en perspektivvy av ett exempel på uppfinningen i form av en spridare för ett bränsleelement.

Figur 6b visar ett tvärsnitt av en spridarvägg i en spridare.

Figur Ta visar en perspektivvy av ett exempel på uppfinningen i form av en styrstavsspets till en styrstav för en tryckvattenreak- tor. 536 815 Figur Tb visar ett tvärsnitt av en styrstavsspets till en styrs-tav för en tryckvattenreaktor.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN Figur 1 visar ett exempel på en reaktorkomponent 1, i det föl- jande benämnd komponenten, enligt en utföringsform av uppfin- ningen i ett tvärsnitts vy sedd från sidan. Komponenten 1 i figur 1 är en kropp med ett centrum i 0 och en yta vid R, längs en x- axel. Komponenten kan ha en godtycklig form som bestäms av dess funktion i reaktorn. Exempelvis kan komponentens 1 form vara platt, rektangulär, kvadratisk, sfärisk, cylindrisk, etcetera.

Komponenten 1 är anpassad att användas i fissionsreaktorer och innefattar en kärna 2 bestående av ett första material och ett skikt 3 bestående av ett andra material. Komponentens skikt 3 innesluter i det i figuren 1 visade exemplet fullständigt kärnan 2 och skyddar kärnan 2 från en yttre omgivning genom sina skyddande egenskaper, så som korrosionsbeständighet och elektrisk isolation.

Komponenten 1 är framställd genom sintring med hjälp av ett lämpligt sintringsförfarande. Exempel pà lämpliga sintringsförfa- randen som kan användas för uppfinningen är klassisk sintrings- teknik, sintring vid atmosfärstryck och förhöjd temperatur, Cold lsostatic Pressing, Hot lsostatic Pressing, Spark Plasma Sinte- ring (gnistplasmasintring) etc.

Sintringen utförs på så sätt att ett intermediärt skikt 4 bildas mellan kärnan 2 och skiktet 3. Det intermediära skiktet 4 innefat- tar både det första materialet och det andra materialet. Det in- termediära skiktet 4 har en materialgradient, vilken innefattar en minskning av koncentrationen av det första materialet från kär- nan 2 till skiktet 3 och en ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan 2 till skiktet 3. Det intermediära 11 536 815 skiktet 4 bildar en övergång mellan kärnan 2 och skiktet 3, så att materialegenskaperna hos det första materialet övergår i egen- skaperna hos det andra materialet, och vice versa. Därigenom skapas en god vidhäftning mellan kärnan 2 och skiktet 3.

Figur 2 till 5 visar exempel på materialkoncentrationen hos ett tvärsnitt av en reaktorkomponent. Figurernas x-axel är en di- mensionsaxel, där 0 anger komponentens centrum och R anger komponentens ytterperiferi. Figurernas y-axel anger material- koncentrationen för komponenten i procent för det första materi- alet, här med beteckning A och markerad med en streckad linje, och det andra materialet, här med beteckning B och markerad med en heldragen linje. I figurerna är kärnan 2, det intermediära skiktet 4 och skiktet 3 utmärkta längs figurens x-axel.

Figur 2 visar ett exempel på en materialkoncentrationsvariation inom en reaktorkomponent, där det intermediära skiktet 4 mellan kärnan 2 och skiktet 3 har en materialgradient som innefattar en stegvis minskning av koncentrationen av ett första material från kärnan 2. till skiktet 3, och en stegvis ökning av koncentrationen av ett andra material från kärnan 2 till skiktet 3. l exemplet i fi- gur 2 sker en minskning av koncentrationen av det första mate- rialet fràn kärnan 2 till det intermediära skiktet 4 på ett stegvis sätt, där koncentrationen av det första materialet minskar från huvudsakligen 100 % i kärnan 2 till huvudsakligen 50 % i det in- termediära skiktet 4. Koncentrationen av det första materialet är konstant inom det intermediära skiktet 4. Vidare sker en minsk- ning av koncentrationen av det första materialet frän det inter- mediära skiktet 4 till skiktet 3 stegvis från huvudsakligen 50 % till huvudsakligen 0 %. På omvänt sätt sker en ökning av kon- centrationen av det andra materialet frän kärnan 2 till det inter- mediära skiktet 4 på ett stegvis sätt, där koncentrationen av det andra materialet ökar från huvudsakligen 0 % i kärna 2 till hu- vudsakligen 50 % i det intermediära skiktet 4. Koncentrationen av det andra materialet är konstant inom det intermediära skiktet 4. Vidare sker en ökning av koncentrationen av det andra mate- 12 ' 536 815 rialet från det intermediära skiktet 4 till skiktet 3 stegvis från hu- vudsakligen 50 % tiii huvudsakligen 100 %.

Figur 3 visar på samma sätt som figur 2 ett exempel på en steg- vis materialkoncentrationsvariation inom en reaktorkomponent, med skillnaden att det intermediära skiktet 4 innefattar tvâ kon- centrationsomràden, ett första koncentrationsområde 41 och ett andra koncentrationsomräde 42, med olika koncentrationer av det första materialet och det andra materialet. Koncentrationen av det första materialet och det andra materialet är konstant inom det första koncentrationsomràdet 41 och det andra kon- centratiönsområdet 42. I exemplet i figur 3 sker en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan 2 till det in- termediära skiktet 4 på ett stegvis sätt, där koncentrationen av det första materialet minskar från huvudsakligen 100 % i kärna 2 till huvudsakligen 70 % i det första koncentrationsområdet 41 hos det intermediära skiktet 4. Inom det intermediära skiktet 4 sker en stegvis minskning av koncentrationen av det första ma- terialet från det första koncentrationsområdet 41 till det andra koncentrationsområdet 42, från huvudsakligen 70 % till huvud- sakligen 30 %. Det sker en stegvis minskning av koncentratio- nen av det första materialet från det andra koncentrationsomrà- det 42 hos det intermediära skiktet 4 till skiktet 3, från huvud- sakligen 30 % till huvudsakligen 0 %. På omvänt sätt sker en ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan 2 till det intermediära skiktet 4.

Figur 4 visar ett exempel på en materialkoncentrationsvariation inom en reaktorkomponent, där det intermediära skiktet 4 mellan kärnan 2 och skiktet 3 har en materialgradient som innefattar en successiv minskning av koncentrationen av ett första material från kärnan 2 tiil skiktet 3, och en successiv ökning av koncent- rationen av ett andra material frän kärnan 2 till skiktet 3. Inom det intermediära skiktet 4, från kärnan 2 till skiktet 3, sker en konstant proportionell minskning av koncentrationen av det för- sta materialet, fràn huvudsakligen 100 % tiil huvudsakligen 0 %. 13 536 815 På omvänt sätt sker en ökning av koncentrationen av det andra materialet inom det intermediära skiktet 4, från kärnan 2 till skik- tet 3, från huvudsakligen 0 % till huvudsakligen 100 %.

Figur 5 visar ett exempel på en materialkoncentrationsvariation inom en reaktorkomponent, där det intermediära skiktet 4 mellan kärnan 2 och skiktet 3 har en materialgradient som innefattar en successiv minskning av koncentrationen av ett första material från kärnan 2 till skiktet 3, och en successiv ökning av koncent- rationen av ett andra material fràn kärnan 2 till skiktet 3. l ex- emplet i figur 5 sker en minskning av koncentrationen av det första materialet från kärnan 2 till det intermediära skiktet 4 på ett successivt sätt. inom det intermediära skiktet 4 sker en grad- vis minskning av koncentrationen av det första materialet, från huvudsakligen 100 % till huvudsakligen 0 %. Övergången mellan kärnan 2 och skiktet 3 kan exempelvis ske på ett ickelinjärt sätt.

På omvänt sätt sker en ökning av koncentrationen av det andra materialet från kärnan 2. l det visade exemplet utgör det inter- mediära skiktet 4 huvuddelen av komponenten, medan kärnan 2 och skiktet 3 utgör en mindre del av komponenten.

Figur 6a visar en perspektivvy av ett exempel på en reaktor- komponent i form av en spridare 60 för ett bränsleelernent. Spri- daren 60 har till uppgift att separera bränslestavar i ett bränsle- element, ej visade i figuren, och skapa turbulens i flödet av kyl- mediumet för överförande av värme från bränslestavarna till kylmediumet. Spridaren 60 innefattar spridarceller 62 för placer- ing av brånslestavar. Spridaren 60 är konstruerad av ett flertal spridarväggar 64. Spridarens 60 gitter kan exempefvis byggas upp av längs- och tvärgående spridarväggar 64, av samman- kopplade hylsor, eller genom andra konstruktioner. En spridar- vägg 64 kan enskilt utgöra reaktorkomponenten, vilken tillsam- mans med ett flertal spridarväggar 64 monteras till en spridare 60. På samma sätt kan reaktorkomponenten utgöras av en spri- darhylsa, vilken tillsammans med ett flertal spridarhylsor monte- ras till en spridare 60. Även andra utföranden av reaktorkompo- 14 536 815 nenter kan kombineras så att de enskilt eller tillsammans utgör en spridare 60.

Figur 6b visar ett tvärsnitt av en spridarvägg 64 i en spridare 60.

Spridarväggen 64 innefattar en kärna 2 av ett metalliskt materi- al, så som lnconel eller Zircaloy, och ett skikt 3 av ett keramiskt material, så som zirkoniumdioxid (ZrOz). Mellan skiktet 3 och kärnan 2 finns ett interrnediärt skikt 4, vilket skapar en gradvis övergång av materialegenskaperna från kärnan 2 till skiktet 3.

Skiktet 3 har skyddande egenskaper som tillåter att spridarväg- gens godtjocklek är reducerad i jämförelse med en spridare utan skiktet 3, varigenom det av spridaren 60 åstadkomna tryc-kfallet i bränsleelementet är reducerat. Genom skiktet 3 är spridaren 60 skydd-ad mot olika former av påverkan, så som skuggkorrosion, nötning, fretting och erosionskorrosion etcetera. Genom skiktets 3 skyddande verkan skyddas även omgivande komponenter kring reaktorkomponenten från olika former av påverkan, så som skuggkorrosion, nötning, fretting och erosionskorrosion etcetera.

Figur 7a visar en perspektivvy av ett exempel på en reaktor~ komponent i form av en styrstavsspets 74 på en styrstav 70 till en tryckvattenreaktor. Ett flertal styrstavar 70 fästes vid ett styr- stavselement, ej visat i figuren, vilket är anpassat efter aktuell bränsledesign. Styrstaven 70 har till uppgift stoppa fissionspro- cessen i en' tryckvattenreaktor. Styrstaven innefattar' styrstavsrör som är fyllt med ett neutronabsorberande material 72, så som bor, hafnium, kadmium etcetera. Styrstaven 70 faller ner i ett ledrör hos ett bränsleelement, ej visat i figuren, när reaktorn skall stängas av.

Figur 7b visar ett tvärsnitt av en styrstavsspets 74. Styrstavs- spetsen 74 innefattar en kärna 2 av ett neutronabsoberande ma~ terial och ett skikt 3 av ett keramiskt material, så som kiselkar- bid (SiC). Mellan skiktet 3 och kärnan 2 finns ett intermediärt skikt 4, vilket skapar en gradvis övergång av materialegenska- perna från kärnan 2 till skiktet 3. Skiktet 3 har skyddande egen- 536 815 skaper som säkerställer att styrstavsspetsen 74 inte skadas vid kontakt med Iedröret hos ett bränsleelement. Genom skiktets 3 skyddande verkan skyddas även omgivande komponenter, så som íedrör, p-ositioneringsanordning ("guide card”) för styrstaven etcetera, kring reaktorkomponenten 1 från olika former 'av på- verkan, sà som nötning, fretting och erosionskorrosion etcetera.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan modifieras och varieras inom ramen för de efterföljan- de patentkraven. 16

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 536 815 KRAV

1. Reaktorkomponent (1) anpassad att användas i fissionsreak- torer, innefattande en kärna (2) bestående av ett första material, ett skikt (3) bestående av ett andra material, varvid skiktet (3) åtminstone delvis innesluter kärnan (2) och sträcker sig till reak- torkomponentens ytterperiferi (R), och ett intermediärt skikt (4) mellan kärnan (2) och skiktet (3), kännetecknad av att det intermediära skiktet består av en blandning av det första materialet och det andra materialet, att det intermediära skiktet (4) har en materialgradient, som in- nefattar en minskning av koncentrationen av det första materi- alet från kärnan (2) till skiktet (3) och en ökning av koncentrat- ionen av det andra materialet från kärnan (2) till skiktet (3), att reaktorkomponenten (1) utgör åtminstone en del av en spri- dare (60) för ett bränsleelement, varvid spridaren (60) är utfor- mad att användas i en lättvattenfissionsreaktor av typen kokvat- tenreaktor.

2. Reaktorkomponent (1) anpassad att användas i fissionsreak- torer, innefattande en kärna (2) bestående av ett första material, ett skikt (3) bestående av ett andra material, varvid skiktet (3) åtminstone delvis innesluter kärnan (2) och sträcker sig till reak- torkomponentens ytterperiferi (R), och ett intermediärt skikt (4) mellan kärnan (2) och skiktet (3), kännetecknad av att det intermediära skiktet består av en blandning av det första materialet och det andra materialet, att det intermediära skiktet (4) har en materialgradient, som in- nefattar en minskning av koncentrationen av det första materi- alet från kärnan (2) till skiktet (3) och en ökning av koncentrat- ionen av det andra materialet från kärnan (2) till skiktet (3), och 17 10 15 20 25 30 35 536 815 att reaktor komponenten (1) utgör åtminstone en del av en styr- stavspets (74) avsedd att införas i eller i närheten av ett bräns- leelement, varvid styrstavsspetsen (74) är utformad att använ- das i en lättvattenfissionsreaktor av typen tryckvattenreaktor.

3. Reaktorkomponent (1) enligt något av kraven 1 och 2, känne- tecknad av att materialgradienten innefattar en successiv minskning av koncentrationen av det första materialet från kär- nan (2) till skiktet (3) och en successiv ökning av koncentration- en av det andra materialet från kärnan (2) till skiktet (3).

4. Reaktorkomponent (1) enligt något av krav 1 till 3, känne- tecknad av att reaktorkomponenten (1) är framställd genom sint- ring.

5. Reaktorkomponent (1) enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) är väsentligen korrosionsbestän- digt i en miljö hos en fissionsreaktor.

6. Reaktorkomponent (1) enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) är inrättat för att åtminstone del- vis elektriskt isolera kärnan (1) från en yttre omgivning.

7. Reaktorkomponent (1) enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) har ett högre nötningsmotstånd än kärnan (2).

8. Reaktorkomponent (1) enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) innefattar åtminstone ett av ett metalliskt material och ett keramiskt material.

9. Reaktorkomponent (1) enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) består av åtminstone en sub- stans vald ur gruppen Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrOz, AlzOa, och blandningar därav, samt av eventuell balans. 18 536 815

10. Reaktorkomponent (1) enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att skiktet (3) fullständigt innesluter kärnan (2). 19