專利名稱:一種灰控制棒及吸收體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核電站反應(yīng)性控制技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種灰控制棒及吸收體材料。
背景技術(shù)：
核電站通常是利用控制棒組件的提升和插入來控制反應(yīng)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?；铱刂瓢舻闹凶游阵w的吸收能力較弱，因此其反應(yīng)性價值比黑控制棒要低。
在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，運(yùn)用機(jī)械補(bǔ)償(MSHM)的運(yùn)行模式進(jìn)行反應(yīng)性控制，即利用灰控制棒代替化學(xué)補(bǔ)償(調(diào)節(jié)硼濃度)為負(fù)荷跟蹤過程提供反應(yīng)性控制和全功率運(yùn)行提供反應(yīng)性控制，可以把日常處理主反應(yīng)堆冷卻劑的需要降到最低，從而大大簡化化學(xué)和容積控制系統(tǒng)及其操作。現(xiàn)有的灰控制棒的設(shè)計采用Ag-In-Cd合金(In的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為15%，Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(chǎn)物的中子吸收截面顯著降低，這將導(dǎo)致灰控制棒組件的反應(yīng)性價值大約5年的時間內(nèi)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(yīng)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(yùn)行期間，黑控制棒組件通常插入堆芯的時間很少，輻照導(dǎo)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(xiàn)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(nèi)部，Ag-In-Cd合金的輻照腫脹和輻照蠕變都很嚴(yán)重，這將導(dǎo)致灰控制棒的包殼在很短的時間內(nèi)就達(dá)到了其應(yīng)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(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種灰控制棒及吸收體，其具有反應(yīng)性價值損耗速率低、較小的輻照腫脹和輻照蠕變效應(yīng)等特點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)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(zhì)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量含量比例為I : (O. 2 I. 5)。
本發(fā)明所述的一種灰控制棒，該灰控制棒為 細(xì)長實(shí)心管狀結(jié)構(gòu)，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(zhì)量百分比的_30 99. 8%。
本發(fā)明所述的一種灰控制棒，該灰控制棒為同心設(shè)置的內(nèi)外兩層細(xì)長實(shí)心管狀結(jié)構(gòu)，所述的內(nèi)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(zhì)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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。
本發(fā)明的效果在于本發(fā)明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(yīng)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(yīng)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(yīng)性價值隨燃耗下降較快，用于補(bǔ)償鉭、鉭合金或鉭的化合物在燃耗初期較小的反應(yīng)性價值。


圖I為實(shí)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(yīng)性價值隨燃耗的變化圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的一種灰控制棒及吸收體作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例I 3
本發(fā)明所述的一種灰控制棒，該灰控制棒為同心設(shè)置的內(nèi)外兩層細(xì)長實(shí)心管狀結(jié)構(gòu)；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(nèi)層管由鉭金屬制成，該內(nèi)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(nèi)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(nèi)層管外層管鉭元素與Ag-In-Cd鉭元素占該灰控制
____合金的質(zhì)量比例棒總質(zhì)量百分比
實(shí)施例I 鉭 Ag-In-Cd合金I 0.567%
實(shí)施例 2 鉭 Ag-In-Cd 合金__I: 0.2__83%
實(shí)施例 3 鉭 Ag-In-Cd1 1540%
如圖I所示，現(xiàn)有的灰控制棒的設(shè)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(chǎn)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(yīng)性價值隨燃耗下降非?？欤蠹s5年的時間內(nèi)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(yīng)性價值的要求。
鉭元素在燃耗初期反應(yīng)性價值會出現(xiàn)快速的顯著的升高，之后隨燃耗增加其反應(yīng)性價值逐漸趨于穩(wěn)定，可保持該平坦的狀態(tài)超過20年。如圖I所示，本實(shí)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(bǔ)償純鉭在燃耗初期的反應(yīng)性價值，該吸收體材料可使灰控制棒組件的反應(yīng)性價值在較長的時間內(nèi)不隨燃耗發(fā)生明顯變化。另外，鉭、鉭合金或鉭化合物，具有良好的抗腐蝕性能，尤其是具有很好的抗輻照性能，在中子注量非常高的情況下，輻照腫脹和輻照蠕變量也很小。因此，可顯著改善Ag-In-Cd吸收體的輻照效應(yīng)所帶來的問題，顯著延長灰控制棒組件的使用壽命。
實(shí)施例4 28
本發(fā)明所述的灰控制棒用吸收體材料中包含A組分和B組分，該吸收體材料具體組成及配比如下表2所示。(該吸收體材料中還可能帶有Mo、Nb、N、Si等不超過2%的雜質(zhì)成分)
表2
權(quán)利要求
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(zhì)量百分比的30 99. 8%。
2.根據(jù)權(quán)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(yīng)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(zhì)量份計。
3.根據(jù)權(quán)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量含量比例為I : (O. 01 O. 06)。
4.根據(jù)權(quán)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(zhì)量含量比例為I : (O. 2 I. 5)。
5.—種灰控制棒，該灰控制棒為細(xì)長實(shí)心管狀結(jié)構(gòu)，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(zhì)量百分比的30 99. 8%。
6.一種灰控制棒，該灰控制棒為同心設(shè)置的內(nèi)外兩層細(xì)長實(shí)心管狀結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的內(nèi)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(zhì)量百分比的30 99. 8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的一種灰控制棒，其特征在于，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(yīng)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(zhì)量份計。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的一種灰控制棒，其特征在于，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(zhì)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(zhì)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(zhì)量含量比例為I : (O. 01 O. 06)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的一種灰控制棒，其特征在于，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(zhì)量含量比例為I : (O. 17 I. 3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的一種灰控制棒，其特征在于，所述的灰控制棒外包覆不銹鋼或鎳基合金制成的包殼管。
專利摘要
本發(fā)明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(zhì)量百分比的30～99.8％。該灰控制棒為細(xì)長實(shí)心管狀結(jié)構(gòu)，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(zhì)量百分比的30～99.8％。本發(fā)明采用鉭、鉭合金或鉭的化合物，獲得的灰控制棒的反應(yīng)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(yīng)也很低，大大延長了灰控制棒組件的使用壽命。
文檔編號G21C7/10GKCN102915773SQ201210127376
公開日2013年2月6日 申請日期2012年4月27日
發(fā)明者陳磊, 丁謙學(xué), 畢光文, 韓建春, 朱麗兵, 盧俊強(qiáng), 楊偉焱, 黎輝 申請人:上海核工程研究設(shè)計院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan