DE4416362C2 - Absorberteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absorberteil zum Abschir­ men eines Neutronen aussendenden Gegenstandes, mit einem tragenden Grundkörper und einer auf den Grundkörper aufgebrachten Oberflächenschicht, die ein Neutronen absorbierendes Material enthält. Sie betrifft weiter eine Verwendung eines derartigen Absorberteils.

Derartige Absorberteile sind beispielsweise bekannt aus EP 16 252 A1, EP 55 679 A2, CH 655 595 A5 oder JP 0120 8446 AA. Die Oberflächenschicht ist dabei üblicherweise mittels Plasma- oder Flammspritzen aufgebracht.

Absorberteile werden üblicherweise zur Neutronenabsorption eingesetzt. Zur Erreichung der gewünschten Neutro­ nenabsorption werden aus den Absorberteilen verschiedenartige Schächte, Kanister oder ähnliche Konfigurationen hergestellt, die den Neutronen aussendenden Gegenstand umgeben. Der Ein­ satz solcher Absorberteile ermöglicht z. B. die kompakte Lage­ rung Neutronen abgebender Komponenten aus Kernreaktoren. So ist z. B. aus der EP 0 385 187 A1 ein Brennelement-Lagerge­ stell bekannt, bei dem Absorberbleche im montierten Zustand eine Anzahl von Schächten bilden, die die Brennelemente über deren gesamte Länge umschließen. Dabei sind die die Schächte bildenden Absorberbleche oder Absorberteile aus Neutronen ab­ sorbierendem Material, z. B. aus Borstahl oder boriertem Blech, gefertigt.

Die Absorberteile werden üblicherweise dadurch hergestellt, daß ein bestimmter Anteil von z. B. 0,8 Gew.-% Bor in ein schmelzflüssiges Grundmaterial eingebracht wird. Ein aus die­ ser Schmelze hergestelltes Absorberteil wird anschließend zu einem Schacht, einem Kanister oder einem sonstigen Behälter weiterverarbeitet. Ein Nachteil dieser Boranreicherung besteht allerdings darin, daß das Grundmaterial durch das Ein­ schmelzen oder Einlagern über eine bestimmte Menge von Bor versprödet, so daß die Weiterverarbeitung äußerst schwierig und in speziellen Anwendungsfällen sogar unmöglich ist.

Eine weitere Möglichkeit ein derartiges Absorberteil herzu­ stellen besteht darin, das Neutronen absorbierende Material in einen Grundwerkstoff, z. B. aus Aluminium oder aus Kunst­ stoff (Kunststoffmatte), einzulagern, und diesen Grundwerk­ stoff anschließend auf beiden Seiten mit austenitischen Ble­ chen zu versehen.

Diese Art der Herstellung des Absorberteils hat allerdings den Nachteil, daß eine homogene Verteilung des Bors innerhalb des Grundwerkstoffs nicht immer gewährleistet ist. Die Forde­ rung nach einer homogenen Verteilung des Neutronen absorbie­ renden Materials in allen Bereichen des Absorberteils ist aber aufgrund der Gefahr eines Kritikalitätsstörfalls streng einzuhalten. Diese Forderung beinhaltet auch die Vermeidung einer Enthomogenisierung entlang des Absorberteils. Die Aufbringung einer aus diesen Gründen vorgesehenen, ein Neutronen absorbierendes Material enthaltenden Oberflächenschicht auf einem Grundkörper des Absorberteils mittels Plasma- oder Flammspritzens ist vergleichsweise aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Absorber­ teil der oben genannten Art anzugeben, das in besonders günstiger Weise herstellbar ist. Des weiteren soll eine besonders günstige Verwendung des Absorberteils angegeben werden.

Bezüglich des Absorberteils wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht durch Löten aufgebracht ist.

Durch die Aufbringung der Oberflächenschicht auf einen Grundkörper ist es möglich, sowohl eine homogene Verteilung des Neutronen absorbierenden Materials innerhalb einer gewünschten Schichtdicke als auch eine äußerst haftfähige Verbindung der Oberflächenschicht mit dem Werkstoff des Grundkörpers zu erreichen. Dies wiederum ermöglicht eine be­ sonders einfache Weiterverarbeitung des Absorberteils zur ge­ wünschten Form. Auch können handelsüblich zugelassene Werk­ stoffe, vorzugsweise metallische Werkstoffe oder auch Keramiken, für den Grundkörper, d. h. als Grundwerkstoff, verwendet werden. Dies war bisher nicht möglich.

Als Neutronen absorbierendes Material wird vorzugsweise Bor verwendet. Dabei kann die das Neutronen absorbierende Materi­ al enthaltende Oberflächenschicht auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite aufgebracht sein. Durch Aufbringen der Oberflächenschicht sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite ist auch im Fall eines Risses in einer der Ober­ flächenschichten eine sichere Abschirmung gewährleistet, da der Riß von der jeweils gegenüberliegenden Oberflächenschicht mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit abgeschattet ist.

Ein derartiges mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Neutronen absorbierenden Material versehenes Absorberteil wird zweckmäßigerweise, z. B. innerhalb eines Brennelement-La­ gergestells, als Behälter oder Schacht für ein Brennelement eines Kernreaktors verwendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen mit einer Oberflächenschicht versehenen Absorberschacht, und

Fig. 2 ebenfalls in perspektivischer Darstellung einen Ab­ sorberschacht gemäß Fig. 1 aus miteinander verschränkten Ab­ sorberblechen.

Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der gemäß Fig. 1 im Querschnitt quadratische Absorberschacht 1 dient zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Brennele­ ments. Die Wandung 2 des Absorberschachts 1 ist aus einem Grundkörper 3 und einer auf diesen aufgebrachten Oberflächen­ schicht 4 aus Neutronen absorbierendem Material, z. B. Bor, aufgebaut. Die Oberflächenschicht 4 ist hier auf der Außen­ seite der Wandung 2 vorgesehen. Sie kann aber auch auf der Innenseite der Wandung 2 aufgebracht sein. Auch kann auf bei­ den Seiten der Wandung 2 eine Oberflächenschicht 4 aufge­ bracht sein.

Die Oberflächenschicht 4 dient zur Absorption von Neutronen, die von dem innerhalb des Absorberschachtes 1 angeordneten und von der Wandung 2 umgebenen Brennelement oder einem ande­ ren dort eingelagerten Gegenstand ausgesendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Absorber­ schacht 1 aus vier miteinander verschränkten Absorberblechen 5 bis 8 aufgebaut. Dazu sind die Absorberbleche 5 bis 8 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit über einen Teil ihrer Länge verlaufenden Schlitzen versehen, die beim Zusam­ menbau ineinandergreifen.

Die Absorberbleche 5 bis 8 weisen jeweils - ebenso wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - einen Grundkörper 3 aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff auf. Der Grund­ körper 3 jedes Absorberbleches 5 bis 8 ist auf beiden Seiten jeweils mit einer Oberflächenschicht 4 versehen, die das Neu­ tronen absorbierende Material enthält.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, bildet jedes der Absorberble­ che 5 bis 8 einen Teil der Wandungen 2 mehrerer benachbarter Absorberschächte 1. Dies ist in Fig. 2 durch Bereiche 9 an­ gedeutet, die über die Wandung 2 des durch die Absorberbleche 5 bis 8 gebildeten Absorberschachtes 1 hinausragen.

Bei der Herstellung der für die Absorberschächte 1 verwende­ ten Absorberteile 2 und 5 bis 8 wird die Oberflächenschicht 4 mittels eines Oberflächen-Behandlungsverfahrens auf den Grundkörper 3 aufgebracht.

Das Oberflächen-Beschichtungsverfahren besteht darin, die Oberflächenschicht 4 auf den Grundkörper 3 aufzulöten. Dabei wird anstelle der bisher üblichen Zu­ schlagsstoffe oder zusätzlich zu diesen Zuschlagsstoffen Bor oder ein anderes Neutronen absorbierendes Material in das Lot eingebracht. Dies ermöglicht die Verwendung eines handelsüb­ lichen Blechs als Werkstoff für den Grundkörper 3. Auf dieses Blech wird der mit dem Neutronen absorbierenden Material ver­ sehene Werkstoff aufgelötet. Dadurch wird sowohl eine homoge­ ne Verteilung innerhalb der Oberflächenschicht 4 als auch ei­ ne äußerst haftfähige Verbindung zwischen der Oberflächen­ schicht 4 und dem Grundkörper 3 erreicht.

Ebenso wie das Plasmaspritzen oder Sputtern wird auch das Hartlöten üblicherweise zur Herstellung verschleißfester Schichten angewendet, wie es z. B. in dem Aufsatz "Herstellung und Eigenschaften verschleißfester Schichten mit Hilfe kunst­ stoffgebundener Hartstoff-/Lotformteile" von H. Krappitz, U. Mürrle und J. Nauber in dem Prospekt der Firma Degussa mit der Kennzeichnung Do 175-1-105-589 DVS beschrieben ist.

Das Absorberteil 1, auf dessen Grundkörper 3 die das Neutro­ nen absorbierende Material enthaltende Oberflächenschicht 4 nach einem der beispielhaft genannten Oberflächen-Beschich­ tungsverfahren aufgebracht ist, kann in beliebiger Weise in die gewünschte Form gebracht werden. So ist gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 der Absorberschacht 1 aus einem einzelnen Absorberteil geformt. Demgegenüber besteht das Ab­ sorberteil gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aus ei­ ner Anzahl von Absorberblechen 5 bis 8, aus denen der Absor­ berschacht 1 zusammengesetzt ist.

Das beschriebene Absorberteil 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, daß auch eine Forderung nach vergleichsweise höheren Absorptionsraten und damit höhe­ rem Borgehalt erfüllt werden kann. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Lagerung von Brennelementen im Brennelement-Lagergestell. Dabei ist vor­ teilhafterweise auch eine vergleichsweise höhere Anreicherung der zu lagernden Brennelemente unter Vermeidung der Gefahr einer Kritikalitätsstörung möglich.

Claims (5)

1. Absorberteil zum Abschirmen eines Neutronen aussendenden Gegenstands mit einem tragenden Grundkörper (3) und einer auf den Grundkörper (3) aufgebrachten Oberflächenschicht (4), die ein Neutronen absorbierendes Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (4) durch Löten aufgebracht ist.

2. Absorberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Neu­ tronen absorbierende Material ein Bor enthaltender Werkstoff ist.

3. Absorberteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Neutronen absorbierende Material enthaltende Oberflächen­ schicht (4) auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite aufgebracht ist.

4. Absorberteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober­ flächenschicht (4) auf einen metallischen oder keramischen Grundkörper (3) aufgebracht ist.

5. Verwendung eines Absorberteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, als Behälter (1) für ein Brennelement eines Kernreaktors.