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(diào)節(jié)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(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)量分數(shù)約為15%，Cd的質(zhì)量分數(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，這將導致灰控制棒組件的反應性價值大約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(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重，這將導致灰控制棒的包殼在很短的時間內(nèi)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。

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(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 細長實心管狀結(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)外兩層細長實心管狀結(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。


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(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明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)外兩層細長實心管狀結(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(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性價值隨燃耗下降非?？?，大約5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性價值的要求。
鉭元素在燃耗初期反應性價值會出現(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(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吸收體的輻照效應所帶來的問題，顯著延長灰控制棒組件的使用壽命。
實施例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，該灰控制棒為細長實心管狀結(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)外兩層細長實心管狀結(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％。該灰控制棒為細長實心管狀結(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。
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, 畢光文, 韓建春, 朱麗兵, 盧俊強, 楊偉焱, 黎輝 申請人:上海核工程研究設(shè)計院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan