DE1220047B

DE1220047B - Control rod for a nuclear reactor

Info

Publication number: DE1220047B
Application number: DEU7862A
Authority: DE
Inventors: Ronald Hugh Campbell; Laurence Hack; Thomas Standen
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1960-03-11
Filing date: 1961-03-09
Publication date: 1966-06-30
Also published as: GB944803A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

G21dG21d

Deutsche Kl.: 21 g - 21/31 German class: 21 g - 21/31

Nummer: 1 220 047Number: 1 220 047

Aktenzeichen: U 7862 VIII c/21 gFile number: U 7862 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 9. März 1961Filing date: March 9, 1961

Auslegetag: 30. Juni 1966Opening day: June 30, 1966

Die Erfindung betrifft einen Regelstab für einen Kernreaktor mit einem in einem Druckbehälter angeordneten Moderatorblock, einer Neutronenabschirmung innerhalb des Druckbehälters zwischen dem Moderatorblock und der Druckbehälterwand und weiteren Neutronenabschirmungen innerhalb der von außen durch die erstgenannte Neutronenabschirmung führenden Regelstabkanäle, bestehend aus einem Rohr aus neutronenabsorbierendem Material.The invention relates to a control rod for a nuclear reactor with a control rod arranged in a pressure vessel Moderator block, a neutron shield inside the pressure vessel between the Moderator block and the pressure vessel wall and further neutron shields within the from outside through the first-mentioned neutron shielding control rod channels, consisting of a Tube made of neutron absorbing material.

Bei Kernreaktoren, welche durch eine Flüssigkeit gekühlt und mit einem Feststoff (beispielsweise Graphit) moderiert werden, können hohe Betriebstemperaturen und starker Neutronenfluß die Moderatorstruktur so stark beschädigen oder zerstören, daß ein Ausbessern oder Auswechseln notwendig wird. Um dies zu ermöglichen, werden Zugangszonen oder -abschnitte des Druckbehälters, welcher die Moderatorstruktur enthält, mittels einer Neutronenabschirmung in dem Druckbehälter und in unmittelbarer Nähe der Moderatorstruktur vor bzw. gegen Aktivierung und vor Schäden, die durch aus dem Moderator entweichende Neutronen entstehen, in der Weise geschützt, daß die Reaktorregel- oder Steuerstäbe, wenn herausgezogen, in Zugangsbohrungen oder -durchlässe durch die Neutronenabschirmung gelangen. In the case of nuclear reactors, which are cooled by a liquid and filled with a solid (e.g. graphite) can be moderated, high operating temperatures and strong neutron flux can affect the moderator structure Damage or destroy them so badly that they need to be repaired or replaced. Around To make this possible, access zones or sections of the pressure vessel, which are the moderator structure contains, by means of a neutron shield in the pressure vessel and in the immediate vicinity Proximity of the moderator structure before or against activation and against damage caused by the moderator escaping neutrons are created, protected in such a way that the reactor control rods, when pulled out, enter access bores or passages through the neutron shield.

Die Neutronenabschirmung ist außerdem mit Bohrungen bzw. Durchlässen versehen, welche Zugang zu den Brennstoffelementkanälen der Moderatorstruktur geben, und hier entsteht insofern ein Problem, als die aus dem Moderator entweichenden Neutronen durch die Zugangsbohrungen der Brennstoffelemente und Kontrollstäbe strömen können, was eine örtliche Aktivierung und Beschädigung des Druckbehälters zur Folge hat. Ein Neutronenfluß durch die Zugangsbohrungen der Brennstoffelemente kann durch eine Streuschutzeinrichtung in jeder Bohrung verhindert werden, wobei dieser Streuschutz eine Mehrzahl von Oberflächen hat, derart, daß er die Neutronen in der Neutronenabschirmung absorbiert sowie einen Kühlmittelstrom durch die Bohrung bewirkt, ohne daß dadurch ein erhebliches Absinken des Druckes über die Neutronenabschirmung erfolgt. Diese Abschirmungsvorrichtungen können ausgebaut werden, um die Beschickung des Reaktors zu ermöglichen. The neutron shield is also provided with holes or passages, which access to the fuel element channels of the moderator structure, and here a problem arises insofar as than the neutrons escaping from the moderator through the access bores of the fuel elements and control rods can flow, causing local activation and damage to the Pressure vessel has the consequence. A flow of neutrons through the fuel element access holes can be prevented by a scatter protection device in each bore, with this scatter protection has a plurality of surfaces such that it absorbs the neutrons in the neutron shield and causes a flow of coolant through the bore without causing a significant drop of the pressure is carried out via the neutron shield. These shielding devices can be removed to allow the reactor to be charged.

Erfindungsgemäß ist ein Regelstab daher dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an dem dem Antrieb zugewandten Ende bis zu zwei Drittel sowohl mit neutronenabsorbierendem als auch mit neutronenmoderierendem Material angefüllt ist.According to the invention, a control rod is therefore characterized in that the tube on the drive facing end up to two thirds with both neutron absorbing and neutron moderating Material is filled.

Eine Ausführungsform wird an Hand der sie bei-Regelstab für einen KernreaktorOne embodiment is based on the control rod for a nuclear reactor

Anmelder:Applicant:

United Kingdom Atomic Energy Authority,United Kingdom Atomic Energy Authority,

LondonLondon

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,

Siegen, Eiserner Str. 227Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Thomas Standen,Thomas Standen,

Laurence Hack,Laurence Hack,

Ronald Hugh Campbell, LondonRonald Hugh Campbell, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. März 1960 (8636),
vom 2. März 1961Claimed priority:
Great Britain of March 11, 1960 (8636),
dated March 2, 1961

as spielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen die F i g. 1A und 1B die Regelstabvorrichtung im Schnitt.as the example reproducing drawing explained in more detail, namely show the F i g. 1A and 1B the control rod device on average.

In der Zeichnung ist ein Teil eines Kernreaktors mit einer Graphitmoderatorstruktur 2 dargestellt, welche sich in einem Druckbehälter 3 befindet, ferner mit einer Neutronenabschirmung 4 im Behälter 3 in unmittelbarer Nähe des Moderators 2, mit Regelstäben 51 für den Reaktor (von denen nur einer gezeigt ist) sowie mit lotrecht ausgerichteten, durch die Abschirmung 4 führenden Zugangsbohrungen 6 zu den Regelstäben. Der Druckbehälter 3 ist durch eine Verschalung 39 isoliert und befindet sich in einer festen biologischen Abschirmung 40.The drawing shows part of a nuclear reactor with a graphite moderator structure 2, which is located in a pressure vessel 3, further with a neutron shield 4 in the vessel 3 in in the immediate vicinity of the moderator 2, with control rods 51 for the reactor (only one of which is shown is) as well as with vertically aligned access bores 6 leading through the shield 4 the control rods. The pressure vessel 3 is isolated by a casing 39 and is located in a solid biological shield 40.

Die Moderatorstruktur 2 hat einen oberen, neutronenreflektierenden Abschnitt 8 (Fig. IB) und ist von Regelstabkanälen 9 durchsetzt. Die Neutronenabschirmung 4 wird von miteinander abwechselnden Schichten aus Graphitblöcken 10 und Borstahlplatten 11 gebildet. Die Abschirmung 4 wird durch die Moderatorstruktur 2 abgestützt und von dieser mittels rohrförmiger Stützbauteile 12 im Abstand gehalten, welche auch die Kanäle 9 mit den Bohrungen 6 verbinden. In ähnlicher Weise wird eine Kühlmittelendkammer 13 von der Abschirmung getragen und von dieser im Abstand gehalten, und zwar mittels rohrförmiger Stützbauteile 14, welche außerdem die Bohrungen 6 mit der Endkammer 13 verbinden.The moderator structure 2 has an upper, neutron-reflecting section 8 (FIG. 1B) and is penetrated by control rod channels 9. The neutron shield 4 is formed by alternating layers of graphite blocks 10 and boron steel plates 11 . The shield 4 is supported by the moderator structure 2 and is held at a distance from it by means of tubular support components 12 , which also connect the channels 9 to the bores 6. Similarly, a cooling means end chamber 13 is supported by the shield and is held by this at a distance, by means of tubular support members 14, which also the bores 6 with the end chamber 13 connect.

609 587/342609 587/342

Kühlmittel tritt in den Behälter 3 über eine äußere koaxiale Leitung (nicht dargestellt) ein und strömt aufwärts durch den Moderator 2, um sich in der Endkammer 13 zu sammeln, von wo aus es den Behälter 3 über eine innere Koaxialleitung verläßt. Der Hauptzweck des Kühhnittels besteht darin, Wärme aus den Kernbrennstoffelementen in den Brennstoffelementkanälen im Reaktor abzuziehen, jedoch werden auch die Regelstäbe 51 gekühlt.Coolant enters the container 3 via an outer coaxial conduit (not shown) and flows up through the moderator 2 to collect in the end chamber 13, from where there is the container 3 leaves via an inner coaxial line. The main purpose of the refrigerant is to provide warmth be withdrawn from the nuclear fuel elements in the fuel element channels in the reactor, however the control rods 51 are also cooled.

Jeder Regelstab 51 hängt von einem Elektromotor 26 an einer Kette 52 herab, die von einem Befestigungs- oder Ankerpunkt 53 neben einem durch den Motor 26 betriebenen Kettenrad 54 in einer Schleife hinunterführt, um über das Kettenrad 54 und von dort zu einem Kopfstück 55 des Regelstabes 51 über ein Führungskettenrad 56 zu laufen. Der Motor 26 befindet sich in einer rohrförmigen Verlängerung 25 a aus Schmiedeeisen oder Flußstahl, die an der Unterseite des Stopfens 36 befestigt ist und durch Ringe 33 abgedichtet wird. Das untere Endstück der Verlängerung 25 a weist einen verdickten Abschnitt 57 mit einem Außendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des Regelstabes 51, so daß er den Regelstab 51 »überlappt«. Jeder Regelstab 51 besteht aus einem Borstahlrohr 58, dessen obere zwei Drittel eine Abschirmung 50 in Form von Graphitstopfen 59 aufnehmen, welch letztere durch Borstahlplatten 60 an ihren Enden im Abstand voneinander gehalten werden. Eine energieabsorbierende Vorrichtung 62 ist am unteren Endstück des Regelstabes 51 vorgesehen. Each control rod 51 hangs from an electric motor 26 on a chain 52, which is supported by a fastening or anchor point 53 adjacent to a sprocket 54 driven by motor 26 in a loop leads down to over the sprocket 54 and from there to a head piece 55 of the control rod 51 over a guide sprocket 56 to run. The motor 26 is located in a tubular extension 25 a made of wrought iron or mild steel, which is attached to the underside of the plug 36 and by rings 33 is sealed. The lower end of the extension 25 a has a thickened portion 57 with an outer diameter which is larger than the outer diameter of the control rod 51, so that it is the Control rod 51 "overlaps". Each control rod 51 consists of a boron steel tube 58, the upper two thirds of which a shield 50 in the form of graphite plugs 59, the latter by boron steel plates 60 are held at a distance from each other at their ends. An energy absorbing device 62 is provided at the lower end of the control rod 51.

Die Mehrzahl der Neutronen, die vom Kanal 9 in der Moderatorstruktur 2 aufwärts strömen, werden von der Abschirmung 50 absorbiert, die durch die Regelstäbe 51 getragen wird, und die restlichen Neutronen fließen weiter entlang den Ringräumen zwischen dem Regelstab 51 und Führungsrohren 34, um dann durch die verdickten Endstücke 57 der Verlängerung 25 a gestreut zu werden. Vagabundierende oder Streuneutronen in der Nähe der oberen Endstücke der Führungsrohre 34 werden durch Borstahlhülsen 61 eingefangen oder absorbiert, welche an der Innenwandung des Druckbehälters 3 angebracht sind ίο und die Führungsrohre 34 umgeben.The majority of the neutrons flowing up from the channel 9 in the moderator structure 2 will absorbed by the shield 50 carried by the control rods 51 and the remaining neutrons continue to flow along the annulus between the control rod 51 and guide tubes 34 to then to be scattered through the thickened end pieces 57 of the extension 25 a. Vagabond or stray neutrons near the upper end portions of the guide tubes 34 are passed through boron steel sleeves 61 captured or absorbed, which are attached to the inner wall of the pressure vessel 3 ίο and the guide tubes 34 surround.

Claims

Claim:

Control rod for a nuclear reactor with a moderator block arranged in a pressure vessel, a neutron shield inside the pressure vessel between the moderator block and the pressure vessel wall and further neutron shields within the outside through the first-mentioned neutron shielding control rod channels, consisting of a Tube made of neutron-absorbing material, characterized in that the tube at the end facing the drive up to two thirds with both neutron absorbing and neutron moderating material is filled.

Considered publications:
British Patent No. 817,756;
Belgian Patent No. 568,855;
French patent specification No. 1219 534,
249;
Nudeonics, Vol. 13, 1955, No.

2, p. 18.

1 sheet of drawings