一種灰控制棒及吸收體制造技術

本發明專利技術提供一種灰控制棒及吸收體，該吸收體材料中含有鉭、鉭合金或鉭的化合物，其中鉭元素占該吸收體材料質量百分比的30～99.8％。該灰控制棒為細長實心管狀結構，該灰控制棒由含有鉭、鉭合金或鉭的化合物的材料制成，其中鉭元素占灰控制棒總質量百分比的30～99.8％。本發明專利技術采用鉭、鉭合金或鉭的化合物，獲得的灰控制棒的反應性價值隨燃耗降低的趨勢被顯著地推遲，而且輻照腫脹和輻照蠕變效應也很低，大大延長了灰控制棒組件的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于核電站反應性控制
，具體涉及一種灰控制棒及吸收體材料。
技術介紹
核電站通常是利用控制棒組件的提升和插入來控制反應堆的功率。核電站所使用的控制棒一般分為兩類，黑控制棒和灰控制棒。灰控制棒的中子吸收體的吸收能力較弱，因此其反應性價值比黑控制棒要低。在反應堆運行期間，運用機械補償(MSHM)的運行模式進行反應性控制，即利用灰控制棒代替化學補償(調節硼濃度)為負荷跟蹤過程提供反應性控制和全功率運行提供反應性控制，可以把日常處理主反應堆冷卻劑的需要降到最低，從而大大簡化化學和容積控制系統及其操作。現有的灰控制棒的設計采用Ag-In-Cd合金(In的質量分數約為15%，Cd的質量分數約為5%，余量為Ag)作為吸收體。而Ag-In-Cd合金具有相對較大的中子吸收截面，尤其是Ag、In和Cd三種元素天然存在的同位素嬗變后的產物的中子吸收截面顯著降低，這將導致灰控制棒組件的反應性價值大約5年的時間內就降低到初始值的80%左右，不再滿足MSHIM模式對灰控制棒組件反應性價值的要求，因此必須更換新的控制棒組件。另外，在核電站的正常運行期間，黑控制棒組件通常插入堆芯的時間很少，輻照導致Ag-In-Cd合金的腫脹和蠕變都比較少，在使用很長時間后也不會出現包殼破裂的情況，因此作為黑控制棒的吸收體是合適的。但是，灰控制棒組件約有一半的時間是停留在堆芯內部，Ag-In-Cd合金的輻照腫脹和輻照蠕變都很嚴重，這將導致灰控制棒的包殼在很短的時間內就達到了其應變限值，限制了灰控制棒組件的使用壽命。因此，采用Ag-In-Cd合金作灰控制棒組件吸收體存在很多問題，仍然有很多改進的空間。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種灰控制棒及吸收體，其具有反應性價值損耗速率低、較小的輻照腫脹和輻照蠕變效應等特點。實現本專利技術目的的技術方案一種灰控制棒用吸收體，該吸收體材料中含有鉭、鉭合金或鉭的化合物，其中鉭元素占該吸收體材料質量百分比的30 99. 8%。如上所述的一種灰控制棒用吸收體，該吸收體材料中包括A組分和B組分所述的A組分為鉭、鉭合金或鉭的化合物中的一種或幾種；所述的B組分為硼、硼的化合物、鉿、鉿合金、鉿的化合物、釓、釓合金、釓的化合物中的一種或幾種；其中，A組分中每采用I份鉭元素，則B組分中對應加入O. 002 O. 09份的硼元素、或O. I 2. 5份的鉿元素、或O. 01 O.06份禮元素；以質量份計。如上所述的一種灰控制棒用吸收體，該吸收體材料中包括A組分和B種組分所述的A組分為鉭或鉭合金；所述的B組分為硼、硼化合物、鉿、鉿合金、鉿的氧化物、釓、釓合金、或釓的氧化物中的一種；其中，A組分中鉭元素與B組分中硼元素的質量含量比例為I (O. 002 O. 09) ;A組分中鉭元素與B組分中鉿元素的質量含量比例為I : (O. I 2. 5) ;A組分中鉭元素與B組分中禮元素的質量含量比例為I : (O. 01 O. 06)。如上所述的一種灰控制棒用吸收體，該吸收體材料中包括A組分和B組分所述的A組分為鉭或鉭合金；所述的B組分為=Ag-In-Cd合金；其中，A組分中鉭元素與B組分中Ag-In-Cd合金的質量含量比例為I : (O. 2 I. 5)。本專利技術所述的一種灰控制棒，該灰控制棒為 細長實心管狀結構，該灰控制棒由含有鉭、鉭合金或鉭的化合物的材料制成，其中鉭元素占灰控制棒總質量百分比的_30 99. 8%。本專利技術所述的一種灰控制棒，該灰控制棒為同心設置的內外兩層細長實心管狀結構，所述的內層管或/和外層管由含有鉭、鉭合金或鉭的化合物的材料制成，其中鉭元素占灰控制棒總質量百分比的30 99. 8%如上所述的一種灰控制棒，制成該灰控制棒的材料中包含A組分和B組分所述的A組分為鉭、鉭合金或鉭的化合物中的一種或幾種；所述的B組分為硼、硼的化合物、鉿、鉿合金、鉿的化合物、釓、釓合金、釓的化合物中的一種或幾種；其中，A組分中每采用I份鉭元素，則B組分中對應加入O. 002 O. 09份的硼元素、或O. I 2. 5份的鉿元素、或O. 01 O.06份禮元素；以質量份計。如上所述的一種灰控制棒，制成該灰控制棒的材料中包含A組分和B組分所述的A組分為鉭或鉭合金；所述的B組分為硼、硼化合物、鉿、鉿合金、鉿的氧化物、釓、釓合金、或釓的氧化物中的一種；其中，A組分中鉭元素與B組分中硼元素的質量含量比例為I (O. 002 O. 09) ;A組分中鉭元素與B組分中鉿元素的質量含量比例為I : (O. I 2.5) ;A組分中鉭元素與B組分中禮元素的質量含量比例為I : (O. 01 O. 06)。如上所述的一種灰控制棒，制成該灰控制棒的材料中包含A組分和B組分所述的A組分為鉭或鉭合金；所述的B組分為=Ag-In-Cd合金；其中，A組分中鉭元素與B組分中Ag-In-Cd合金的質量含量比例為I : (O. 17 I. 3)。如上所述的一種灰控制棒，所述的灰控制棒外包覆不銹鋼或鎳基合金制成的包殼管。本專利技術的效果在于本專利技術提出了一種灰控制棒及吸收體，其采用鉭、鉭合金或鉭的化合物，獲得的灰控制棒的反應性價值隨燃耗降低的趨勢被顯著地推遲，而且輻照腫脹和輻照蠕變效應也很低，大大延長了灰控制棒組件的使用壽命。中子吸收體材料(例如硼、鉿、禮元素的合金或化合物或Ag-15% In-5 % Cd合金等)的反應性價值隨燃耗下降較快，用于補償鉭、鉭合金或鉭的化合物在燃耗初期較小的反應性價值。附圖說明圖I為實施例I中Ag-In-Cd合金吸收體和Ta棒與Ag-In-Cd合金管組合吸收體的反應性價值隨燃耗的變化圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術所述的一種灰控制棒及吸收體作進一步說明。實施例I 3本專利技術所述的一種灰控制棒，該灰控制棒為同心設置的內外兩層細長實心管狀結構；灰控制棒外包覆不銹鋼或鎳基合金制成的包殼管。所述的內層管由鉭金屬制成，該內層管直徑為I. 8mm ；所述的外層管由Ag-In-Cd合金制成,該外層管內徑為I. 8mm,外徑為2. 4mm。該灰控制棒具體組成如下表I所示。表I 內層管外層管鉭元素與Ag-In-Cd鉭元素占該灰控制____合金的質量比例棒總質量百分比實施例I 鉭 Ag-In-Cd合金I 0.567%實施例 2 鉭 Ag-In-Cd 合金__I: 0.2__83%實施例 3 鉭 Ag-In-Cd1 1540%如圖I所示，現有的灰控制棒的設計采用Ag-In-Cd合金作為吸收體。而Ag-In-Cd合金具有相對較大的中子吸收截面，尤其是Ag、In和Cd三種元素天然存在的同位素嬗變后的產物的中子吸收截面顯著降低，因此以Ag-In-Cd合金作為吸收體的灰控制棒的反應性價值隨燃耗下降非常快，大約5年的時間內就降低到初始值的80%左右，不再滿足MSHM模式對灰控制棒組件反應性價值的要求。鉭元素在燃耗初期反應性價值會出現快速的顯著的升高，之后隨燃耗增加其反應性價值逐漸趨于穩定，可保持該平坦的狀態超過20年。如圖I所示，本實施例中灰控制棒采用純鉭棒與隨燃耗下降較快的中子吸收體材料Ag-In-Cd合金組合，以補償純鉭在燃耗初期的反應性價值，該吸收體材料可使灰控制棒組件的反應性價值在較長的時間內不隨燃耗發生明顯變化。另外，鉭、鉭合金或鉭化合物，具本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種灰控制棒用吸收體，其特征在于，該吸收體材料中含有鉭、鉭合金或鉭的化合物，其中鉭元素占該吸收體材料質量百分比的30～99.8％。

【技術特征摘要】
1.一種灰控制棒用吸收體，其特征在于，該吸收體材料中含有鉭、鉭合金或鉭的化合物，其中鉭元素占該吸收體材料質量百分比的30 99. 8%。2.根據權利要求I所述的一種灰控制棒用吸收體，其特征在于，該吸收體材料中包括A組分和B組分 所述的A組分為鉭、鉭合金或鉭的化合物中的一種或幾種； 所述的B組分為硼、硼的化合物、鉿、鉿合金、鉿的化合物、釓、釓合金、釓的化合物中的一種或幾種； 其中，A組分中每采用I份鉭元素，則B組分中對應加入O. 002 O. 09份的硼元素、或O. I 2. 5份的鉿元素、或O. 01 O. 06份禮元素；以質量份計。3.根據權利要求I所述的一種灰控制棒用吸收體，其特征在于，該吸收體材料中包括A組分和B種組分 所述的A組分為鉭或鉭合金； 所述的B組分為硼、硼化合物、鉿、鉿合金、鉿的氧化物、釓、釓合金、或釓的氧化物中的一種； 其中， A組分中鉭元素與B組分中硼元素的質量含量比例為I : (O. 002 O. 09); A組分中鉭元素與B組分中鉿元素的質量含量比例為I : (O. I 2. 5); A組分中鉭元素與B組分中禮元素的質量含量比例為I : (O. 01 O. 06)。4.根據權利要求I所述的一種灰控制棒用吸收體,其特征在于,該吸收體材料中包括A組分和B組分 所述的A組分為鉭或鉭合金； 所述的B組分為Ag-In-Cd合金； 其中，A組分中鉭元素與B組分中Ag-In-Cd合金的質量含量比例為I : (O. 2 I. 5)。5.—種灰控制棒，該灰控制棒為細長實心管狀結構，其特征在于，該灰控制棒由含有鉭、鉭合金或鉭的化合物的材料制成，其中鉭元素占灰控制棒總質量百分比的30 99. 8%。6....

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳磊，丁謙學，畢光文，韓建春，朱麗兵，盧俊強，楊偉焱，黎輝，
申請(專利權)人：上海核工程研究設計院，
類型：發明
國別省市：