DE2147789A1 - Entgaster borkarbid-absorberstab - Google Patents
Entgaster borkarbid-absorberstabInfo
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Description
2U7789
Bensberg, den 21.9.1971
GtS4-We/Ku
24.163.0
IMERAiEOM
Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg
Die vorliegende Erfindung betrifft Absorberstäbe für Kernreaktoren, insbesondere für schnelle Reaktoren,
die mit Natrium gekühlt werden, bestehend aus einem mit Borkarbid B.C gefüllten Hüllrohr. Borkarbid hat sich
u.a. als geeigneter Stoff erwiesen, um die bei Kernspaltungsprozessen im Reaktor freiwerdenden überschüssigen
Neutronen einzufangen«, Beim Einfang eines Neutrons wird das B -Atom unter Ausstoßung einer Ot-Partikel
(He-Kern) in ein solches von Li verwandelt, wobei das neugebildete Heliumgas teilweise aus dem Borkarbid entweicht·
Bei den bislang gebauten thermischen Reaktoren sind vielfach Absorberstäbe eingesetzt worden, die aus mit Borkarbid
gefüllten, gasdicht verschweißten Stahlröhren bestanden. Der Druckaufbau innerhalb dieser Hüllrohre durch
das beim Neutroneneinfang freiwerdende Helium blieb vernachlässigbar klein, und war für die Standzeit der Ab-
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sorberstäbe ohne Belang. Bei schnellen Reaktoren hingegen
wird durch die Umwandlung von Bor in Lithium soviel Helium freigesetzt, daß die Standzeit geschlossener Absorberstäbe in unzulässiger Weise verkürzt wird.
Dieser Umstand läßt es zweckmäßig erscheinen, die Absorberstäbe
zu entgasen, indem man das im Borkarbid gebildete Helium über das Kühlmittel in die meist ebenfalls
aus einem Edelgas bestehende Schutzgasatmosphäre entweichen läßt. Dem steht entgegen, daß beim Zerfall des
Bors freier Kohlenstoff gebildet wird, der durch das Kühlmittel, insbesondere durch flüssiges Natrium in andere
Anlagenteile transportiert wird und dort zur Aufkohlung und damit zur Versprödung des verwendeten Strukturmaterials,
beispielsweise der austenitischen Stähle führen kann.
In "Nuclear Technology" vom Juni 1971, S. 191 bis 205
wird vorgeschlagen, das Absorberhüllrohr mit einem Stopfen aus Sintermetall zu verschließen, durch dessen
Poren das Helium entweichen, infolge der Kapillarkräfte jedoch kein Natrium in den Absorberstab eindringen soll,
da, wie auf S. 191 links unten betont wird, der Kontakt des Absorbermaterials mit dem Natrium unerwünscht ist.
Die Poren des Sintermetalls dürften ,jedoch durch die unvermeidlichen
Ablagerungen an Metalloxyden und Fremdstoffen in kurzer Zeit so verstopft werden, daß ein Entweichen
des Heliums nicht mehr möglich und das Hüllrohr dem oben beschriebenen Druckaufbau ausgesetzt ist; auch ist
der Kontakt zwischen Borkarbid und Natrium unbedenklich, wenn, wie im folgenden bei der Beschreibung der vorliegenden
Erfindung näher ausgeführt, unerwünschte chemische Reaktionen zwischen ihnen verhindert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein mit Borkarbid gefüllter Absorberstab für natriumgekühlte Kernreaktoren,
aus dem das beim Neutroneneinfang gebildete Helium entweichen kann·
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Absorberhüllrohr mit nichtkapillaren Öffnungen versehen
ist, durch die das entstehende Helium entweichen kann.
Da das Hüllrohr gemäß der Erfindung keinem inneren Gasdruck zu widerstehen braucht, kann es bei gleicher Größe
mit geringerer Wandstärke oder bei gleichbleibender Wandstärke erheblich größer ausgeführt werden. Dadurch wird
in dem als Regelzelle zur Verfügung stehenden Raum, der mehrere der beschriebenen Absorberstäbe enthält, der Anteil
des Hüllmaterials verringert, derjenige des Borkarbids dagegen erhöht, was eine vergrößerte Absorptionsrate zur Folge hat. Bei gleichbleibender Absorptionsrate
kann der Gehalt des Borkarbids an dem allein für den Neutroneneinfang
verantwortlichen B verringert und/oder die Standzeit des Absorberstabes erhöht werden, was große
wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. Durch die Öffnungen kann nicht hur das Helium entweichen, sondern
es tritt auch Kühlmittel in das Hüllrohr ein, und durchtränkt das poröse Borkarbid. Dabei ist es wesentlich,
daß die Öffnungen so groß sind, daß sie nicht verstopfen können.
Um sowohl das Auswaschen von Borkarbidteilchen als auch
den Transport des freiwerdenden Kohlenstoffes durch das Kühlmittel zu verhindern, wird gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung vorgeschlagen, daß das Hüllrohr teilweise, im Bereich der Öffnungen, mit einem Filtermaterial,
beispielsweise mit Stahlwolle gefüllt ist. Diese Stahl-
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•wolle wirkt einerseits als me cha nis ch er Filter für das
Borkarbid und andererseits als Kohlenstoff-Falle.
Als weiteres Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im Hüllrohr ein Stoff vorhanden ist, der den durch
den Zerfall des Bors freiwerdenden Kohlenstoff chemisch bindet. Hierdurch wird mit noch größerer Sicherheit erreicht,
daß kein freier Kohlenstoff in das Kühlmittel gelangt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird- vorgeschlagen, daß dieser Stoff Chrom ist.
Um ein Verspröden des Hüllrohres des Absorberstabes durch Aufkohlung zu vermeiden, wird gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß das Hüllrohr an seiner Innenseite mit einer dünnen Schicht aus einem
Metall versehen ist, das die Diffusion von Kohlenstoff ■in das Hüllrohrmaterial verhindert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die dünne Schicht aus Kupfer besteht.
Als Vorteile des A"bsorberstabes gemäß der Erfindung ergeben
sich eine erhöhte Standzeit desselben, eine höhere mögliche Wirksamkeit bzw. die Möglichkeit, ein Borkarbid
10
mit einem geringeren Anreicherungsgrad an B zu verwenden, und die Möglichkeit, die geometrische Gestalt des
Absorberstabes so zu wählen, daß sie beispielsweise mit Rücksicht auf die Strömungsverhältnisse günstig gestaltet
werden kann«
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Die Zeichnung stellt einen Längsaxialschnitt durch einen Absorberstab gemäß der Erfindung dar und zwar zeigt sie
ein äußeres Hüllrohr (1), das an seinem unteren Ende mit einem dichten Stopfen (2) verschlossen ist, und an seinem
oberen Ende mit einem weiteren Stopfen (3), der mit mehreren Öffnungen (4) versehen ist. Im Beispiel wird durch ein
inneres Hüllrohr (5) ein Zentralkanal (6) gebildet, der einer besseren Kühlung des Absorberstabes und/oder zur
Durchführung einer Verbindungsstange dient. Der von dem äußeren Hüllrohr (1) und dem inneren Hüllrohr (5) gebildete
Raum ist größtenteils mit Borkarbid (7) gefüllt, das infolge seiner Porosität mit dem durch die Öffnungen (4)
eindringenden Kühlmittel getränkt ist. In seinem oberen Teil ist der Absorberstab mit einer Lage Stahlwolle (8)
gefüllt, die das Ausspülen des Borkarbids (7) und das Entweichen des in diesem gebildeten freien Kohlenstoffes verhindert
bzw. stark hemmt. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist durch die Pfeile angedeutet.
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Claims (6)
- SchutzansprücheAbsorberstab für natriumgekühlte Kernreaktor en, bestehend aus einem mit Borcarbid gefüllten Hüllrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr mit nichtkapillaren Öffnungen versehen ist.
- 2. Absorberstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr teilweise, im Bereich der Öffnungen mit einem Filtermaterial gefüllt ist.
- 3· Absorberstab nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Hüllrohr ein Stoff vorhanden ist, der den durch den Heutroneneinfang im Borkarbid freiwerdenden Kohlenstoff bindet.
- 4· Absorberstab nach Anspruch'3> dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stoffaus Chrom ist.
- 5· Absorberstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4,dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr auf der Innenseite mit einer dünnen Schicht aus einem Metall versehen, ist, das die Diffusion von Kohlenstoff in das Hüllrohnnaterial verhindert.
- 6. Absorberstab nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht aus Kupfer bestellt·309813/067
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