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EP1087408B1 - Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen Download PDF

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Publication number
EP1087408B1
EP1087408B1 EP99118989A EP99118989A EP1087408B1 EP 1087408 B1 EP1087408 B1 EP 1087408B1 EP 99118989 A EP99118989 A EP 99118989A EP 99118989 A EP99118989 A EP 99118989A EP 1087408 B1 EP1087408 B1 EP 1087408B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
neutron capture
capture section
produced
high neutron
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99118989A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1087408A1 (de
Inventor
Leo Wilbuer Klaus
Patzelt Matthias
Methling Dieter
Stelzer Hermann
Diersch Rudolph
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Metallveredlung GmbH and Co KG
Original Assignee
GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Metallveredlung GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH, Metallveredlung GmbH and Co KG filed Critical GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Priority to EP99118989A priority Critical patent/EP1087408B1/de
Priority to PCT/EP1999/007166 priority patent/WO2001024198A1/de
Priority to DE59914334T priority patent/DE59914334D1/de
Priority to AT99118989T priority patent/ATE362181T1/de
Priority to ES99118989T priority patent/ES2287998T3/es
Publication of EP1087408A1 publication Critical patent/EP1087408A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1087408B1 publication Critical patent/EP1087408B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/08—Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coating for absorbing the neutrons produced in the nuclear reaction of radioactive materials.
  • the invention also relates to an absorber element produced by the process.
  • EP 0 385 187 A1 discloses a fuel element storage rack in which absorber sheets form a number of ducts which surround the fuel elements over their entire length.
  • These absorber elements are manholes or tubes made of a neutron-absorbing material, for example boron steel, a stainless steel with a boron content of 1 to 2%.
  • boron steel for example boron steel
  • stainless steel with a boron content of 1 to 2%.
  • these absorber elements are extremely expensive and the efficiency is limited because of the limited - boron content.
  • the deposition of a boron-nickel alloy was checked. Although the proportion of boron can be increased to up to 8%, the costs increase by a factor of about 10, so that an economical use of such pipes can not be considered.
  • US Pat. No. 4,218,622 describes a composite absorber element which has a thin carrier foil or a thin carrier plate onto which a polymer matrix in which boron carbide particles have been incorporated is applied.
  • the material of the carrier film or of the carrier sheet is preferably glass fiber-reinforced polymer.
  • the boron carbide particles are uniformly distributed on the surface of the polymer matrix, with a boron concentration of up to 0.1 g / cm 2 .
  • this absorber element has a thickness of up to 7 mm, is configured in the form of a foil or sheet, and suspended between an inner wall and an outer wall.
  • EP 0 016 252 A1 describes a method for producing a neutron-absorbing absorber element.
  • boron carbide is applied to a substrate together with a metallic substance by means of plasma spraying, the boron carbide being incorporated into a matrix of a metallic substance.
  • the process also takes place in such a way that oxidation of the boron is avoided.
  • the absorber element thus produced should be stable to a liquid medium, as it is present for example in a fuel storage pool.
  • the thickness of the plasma sprayed metal and boron carbide layer is at least 500 ⁇ m.
  • the proportion of boron carbide is about 50% by volume.
  • the substrate containing the same metallic substance as the sprayed layer.
  • a relatively thick layer of boron carbide is required, in particular, the thickness of the layer is 3 to 6 mm.
  • DE-AS 1 037 302 and DE 2 361 363 it is known to provide pipes, in particular cans, on their outer surface by electrolytic means with absorber material for protection against radioactive radiation.
  • absorber material for protection against radioactive radiation.
  • no information can be taken from DE-AS-1 037 302 and DE 2 361 363.
  • EP 0 055 679 A2 discloses processes for the production of shielding elements, boron carbide being applied to the surface of the shielding element either in a plasma coating process, or according to a electrolytic or chemical Vorvernickelung of the shielding element boron carbide scattered as a powder on the surface and the shielding element is then electrolyzed or chemically nachvernickelt.
  • these methods only small quantities of boron carbide in the order of 20 wt.% With respect to nickel are applied to the surface. It therefore requires very strong layers, so that these prior art methods are uneconomical. In practice, these methods were not used, since they are not technically feasible in terms of process engineering.
  • the application of a powder to a surface in the sense of spreading is not a measure that ensures a secure industrial production.
  • a fuel assembly for nuclear reactors which comprises a fuel tube having an inner surface coated with a support metal having a low neutron capture section in which layer combustible reactant cages are incorporated. Boron compounds can serve as reactant compounds.
  • boron steel is very expensive.
  • the steel is melted and boron is enriched by complex processes up to the 10 valence and mixed with the molten steel. This results in a boron steel with 1.1 to 1.4 wt .-% boron.
  • This steel can be very bad work, is extremely brittle and can be poorly welded. Shielding elements made of this have an extremely high weight with average absorption properties.
  • the present invention has the object to improve a method for producing a coating or by shielding the absorption of the produced during the nuclear reaction of radioactive materials neutron further, which is economical and easy to use, the effectiveness of the absorption increases, with respect to the base materials and shape of the shielding allows greater variability, is technically well controlled and in particular allows the production of lighter absorber elements with at least the same absorption qualities.
  • Elements with a high neutron capture range include elements from the group boron, also in elemental form or boron carbide, gadolinium, cadmium, samarium, europium or dysprosium.
  • the high neutron capture section represents the size of the capture cross section for neutrons of the respective element.
  • conductive compounds in particular metallic compounds have proven to be particularly useful. These include metal borides such as iron boride, nickel boride and the like. The list is exemplary and extensible in relation to the named elements.
  • the conductivity stands for the good electrolytic controllability, so that the process can be performed under less demanding conditions with high reliability and reproducibility.
  • electrolytically or autocatalytically depositable metallic element are in particular nickel, cadmium or copper.
  • the high neutron capture section element or its compounds are incorporated in this metal matrix with the corresponding effect.
  • isotopes of the respective elements which have an enlarged neutron capture section.
  • 11 B signifies a neutron capture section of 0.005 barn
  • isotope 10 B signifies 3837 barn. This results in the possible lower layer thicknesses.
  • the absorption layers are in the order of magnitude of up to 800 ⁇ m.
  • a special advantage is the independence of the process from the base material.
  • inorganic base material is to be used, for example steel, stainless steel, boron steel, titanium, aluminum, copper, nickel and the like, including corresponding alloys.
  • carbon fiber material may be considered as the base material. Carbon fiber material has the particular advantage of galvanotechnical manufacturability of the absorption element.
  • the absorber element in the finished state or in individual parts. Due to the independence of the base material very easy machinable materials can be used. On the other hand, even very complicated forms of absorber elements, containers, baskets and the like, can be completely prefabricated and then coated according to the invention.
  • the shield is extremely effective so that the layers can be extremely thin.
  • weight savings of up to 50% are possible with respect to shielding elements which can be produced by conventional methods.
  • the currently used in the container program for fuel storage storage containers (baskets) of previously about 10 t can be after the process according to the invention now produce in the order of 4 to 6 tons.
  • the base material can be prefabricated as a finished part or item, so that can be formed from the items finished absorber elements.
  • the assembly of the absorber elements or the parts of absorber elements to complete bearings or baskets can be made by positive and / or positive connections.
  • the invention also enables the coating of complete storage racks and baskets. The coating in the dispersion bath is carried out either chemically or electrolytically.
  • the relative movement between the surface to be coated and the dispersion bath can be effected, for example, by a movement of the element to be coated in the dispersion bath.
  • elements such as boron and the like are such that circulating or circulating the dispersion is practically not economically possible. Any circulating or pumping unit would be worn out in no time. Nevertheless, on the one hand a further good mixing or repeated mixing of the dispersion is to be achieved by the relative movement, on the other hand a directional supply of the dispersion to the surface to be coated.
  • a directional supply of the dispersion to the surface to be coated In addition to the movement of the element itself and the entire coating system for the purpose of generating the relative movement can be moved. For example, the implementation of the coating in a kind of drum is conceivable.
  • the relative movement can also be effected by mechanical movement of the bath, blowing gas, in particular air, ultrasound support and combinations thereof.
  • the invention proposes that the surface to be coated is arranged in the dispersion bath pointing upwards. This means that the surface to be coated in such Disperse bath is arranged that due to gravity, the particles in the dispersion fall to the surface.
  • This arrangement according to the invention in particular in combination with the temporary generation of a relative movement between the surface and the dispersion bath, favors excellent coating results.
  • the coating process is carried out in a ceramic or glass pan. This ensures a special purity of the dispersion bath.
  • the invention also relates to absorber elements produced by the process described in claims 1-13. These are characterized by having a coating formed of a high neutron capture section element and nickel having a proportion of the element or its high neutron capture section compound of up to 60% by volume and 40% by volume, respectively.
  • the layer thickness is 350 to 500 microns to 800 microns, wherein the layer is formed on an inorganic base material such as steel, titanium, copper or the like. Layer thicknesses up to 2000 ⁇ m can be realized.
  • the training takes place chemically or electrolytically.
  • the shielding element may have been coated in finished form or composed of individual coated individual parts. As the electrolyte come, for example, in question without electroless nickel-phosphorus or electrolytic nickel.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen. Die Erfindung betrifft auch ein nach dem Verfahren hergestelltes Absorberelement.
  • Für die Behandlung der insbesondere aus dem Gebiet der Kernreaktortechnik stammenden radioaktiven Materialien werden diese je nach Aufgabenstellung, Material und Zustand beispielsweise zum Wechsel und/oder zur Überprüfung sowie zum Transport und/oder Lagerung zur Vermeidung von weiteren Kernreaktionen durch die zwangsläufig abgestrahlten Neutronen voneinander abgeschirmt. Zur Erreichung einer gewünschten Neutronenabsorption werden üblicherweise Absorberelemente in Form verschiedenartiger Schächte, Kanister, Rohre oder ähnlicher Konfiguration hergestellt, die einen Neutronen aussendenden Gegenstand umgeben und ihn dadurch abschirmen. Der Einsatz solcher Absorberelemente ermöglicht beispielsweise die kompakte Lagerung Neutronen abgebender Elemente, insbesondere Brennelemente aus Kernkraftanlagen.
  • Aus der EP 0 385 187 A1 ist ein Brennelement-Lagergestell bekannt, bei dem Absorberbleche eine Anzahl von Schächten bilden, die die Brennelemente über deren gesamter Länge umschließen. Bei diesen Absorberelementen handelt es sich um Schächte bzw. Rohre aus einem Neutronen absorbierenden Material, zum Beispiel Borstahl, einem Edelstahl mit einem Boranteil von 1 bis 2 %. Abgesehen von dem erforderlichen Herstellungsaufwand sind diese Absorberelemente überaus kostenintensiv und der Wirkungsgrad ist wegen des beschränkten - Boranteils begrenzt. Bei dem Versuch, den Boranteil zu erhöhen, wurde die Abscheidung einer Bor-Nickel-Legierung überprüft. Der Boranteil kann zwar auf bis zu 8 % erhöht werden, jedoch erhöhen sich auch die Kosten etwa um den Faktor 10, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz derartiger Rohre nicht in Frage kommen kann.
  • Für andere Aufgaben, beispielsweise den Transport und/oder die Lagerung radioaktiver Materialien, werden Verfahren eingesetzt, bei welchen auf den metallischen Oberflächen von Behältern Nickelschichten abgeschieden werden.
  • In der US-PS 4 218 622 ist ein zusammengesetztes Absorberelement beschrieben, welches eine dünne Trägerfolie oder ein dünnes Trägerblech aufweist, auf das eine Polymermatrix aufgetragen ist, in die Borcarbid-Partikel eingelagert sind. Als Material der Trägerfolie bzw. des Trägerblechs wird bevorzugt glasfaserverstärktes Polymer verwendet. Die Borcarbid-Partikel sind gleichmäßig an der Oberfläche der Polimärmatrix verteilt, mit einer Borkonzentration von bis zu 0,1 g/cm2. Bei einer Verwendung des zusammengesetzten Absorberteils in einem Brennelement-Lagergestell hat dieses Absorberelement eine Dicke von bis zu 7 mm, ist in Form einer Folie oder eines Blechs ausgestaltet und zwischen einer inneren Wand und einer äußeren Wand aufgehängt. Ob eine homogene Verteilung der an der Oberfläche der Polymermatrix angeordneten Borcarbid-Partikel über eine längere Zeit gewährleistet ist, insbesondere im Hinblick auf einen möglichen Abrieb an der Oberfläche, kann der US-PS 4 218 622 nicht entnommen werden.
  • In der EP 0 016 252 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines neutronenabsorbierenden Absorberelementes beschrieben. In dem Verfahren wird mittels Plasmasprühens Borcarbid zusammen mit einer metallischen Substanz auf ein Substrat aufgebracht, wobei das Borcarbid in eine Matrix aus einer metallischen Substanz eingebunden wird. Das Verfahren erfolgt zudem so, daß eine Oxidation des Bors vermieden wird. Das so hergestellte Absorberelement soll gegenüber einem flüssigen Medium, wie es beispielsweise in einem Brennelement-Lagerbecken vorliegt, stabil sein. Die Dicke der mittels Plasmasprühens aufgebrachten Schicht aus Metall und Borcarbid beträgt mindestens 500 µm. Der Anteil des Borcarbids beträgt etwa 50 Vol.-%. Als metallische Substanz kommen Aluminium, Kupfer und rostfreier Stahl in Betracht, wobei das Substrat dieselbe metallische Substanz wie die aufgesprühte Schicht enthält. Zur Erreichung einer wirksamen Neutronenabsorption ist eine relativ dicke Schicht auf Borcarbid erforderlich, insbesondere beträgt die Dicke der Schicht 3 bis 6 mm.
  • Aus der DE-AS 1 037 302 und der DE 2 361 363 ist es bekannt, Rohre, insbesondere Konservendosen, auf ihrer Außenfläche auf elektrolytischem Wege mit Absorbermaterial zum Schutz gegen radioaktive Strahlungen zu versehen. Hinsichtlich der verfahrenstechnischen Vorgänge und Vorrichtungen zur technischen Durchführung der physikalisch-chemischen Zustandsänderungen und Stoffwandlungen zum Aufbringen der Absorbermaterialien können aus der DE-AS-1 037 302 und der DE 2 361 363 keine Informationen entnommen werden.
  • Aus der EP 0 055 679 A2 sind Verfahren zur Herstellung von Abschirmelementen bekannt, wobei Borcarbid entweder in einem Plasmabeschichtungsverfahren auf die Oberfläche des Abschirmelementes aufgebracht, oder nach einer elektrolytischen oder chemischen Vorvernickelung des Abschirmelementes Borcarbid als Pulver auf die Oberfläche gestreut und das Abschirmelement anschließend elektrolytisch oder chemisch nachvernickelt wird. Nach diesen Verfahren lassen nur geringe Borcarbidmengen in Größenordnungen um 20 Gew.-% in bezug auf Nickel auf die Oberfläche aufbringen. Es bedarf somit sehr starker Schichten, so daß diese vorbekannten Verfahren unwirtschaftlich sind. In der Praxis wurden diese Verfahren nicht weiter eingesetzt, da sie verfahrenstechnisch auch nicht konkret realisierbar sind. Das Auftragen eines Pulvers auf eine Oberfläche im Sinne von Aufstreuen ist keine Maßnahme, die eine gesicherte industrielle Produktion gewährleistet.
  • Sämtliche vorbekannten Verfahren und danach hergestellten Abschirmelemente können als unwirtschaftlich im Sinne von großen Herstellungskosten und einem großem Materialaufwand angesehen werden. Darüber hinaus ist die Variabilität der Form der Abschirmelemente und die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt.
  • Aus der US-A-3,625,821 ist ein Brennelement für Nuklearreaktoren bekannt, welches eine Brennstoffröhre mit einer inneren Oberfläche aufweist, die mit einem Stützmetall mit einer niedrigen Neutroneneinfangssektion beschichtet ist, in welche Schicht brennbare Reaktorgifte eingelagert sind. Als Reaktorgifte können Borverbindungen dienen.
  • Die Herstellung von Borstahl ist überaus aufwendig. Der Stahl wird aufgeschmolzen und Bor wird durch aufwendige Verfahren bis hin zur 10-Wertigkeit angereichert und mit dem aufgeschmolzenen Stahl vermengt. Es ergibt sich ein Borstahl mit 1,1 bis 1,4 Gew.-% Bor. Dieser Stahl läßt sich sehr schlecht bearbeiten, ist überaus spröde und läßt sich schlecht schweißen. Daraus hergestellte Abschirmelemente haben ein äußerst hohes Gewicht bei durchschnittlichen Absorptionseigenschaften. Beispielsweise sind aus Borstahl hergestellte Lagerinnenbehälter, sogenannte Körbe, für die Zwischenlagerung von Brennelementen bekannt, die ein Gewicht von ca. 10 t aufweisen.
  • Aus der WO 98/59344 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Neutronenabsorption bekannt, wobei entsprechende Oberflächen eines Abschirmelementes mit einer Bor/Nickel-Schicht versehen wird, wobei in dem Dispersionsbad Bor in Elementarform oder Borcarbid vorliegen. Zwar lassen sich hohe Boreinbauraten erzielen, jedoch ist die Einbaurate bei Verwendung von Bor in Elementarform begrenzt und die Beschichtung weist eine große Härte und damit eine hohe Sprödigkeit auf. Borcarbid hat nur schlecht leitende Eigenschaften, allenfalls Halbleitereigenschaften, und ist damit elektrolytisch schwer bzw. gar nicht steuerbar. Daraus ergeben sich nur langsame Schichtaufbauten und schlechte Schichtausbildungen. Durch die erzeugte Relativbewegung ergibt sich eine gewisse Zufälligkeit im Schichtaufbau. Dadurch wird das Verfahren insgesamt sehr aufwendig, denn es ist hinsichtlich der verwendeten Materialien, der Verfahrensführung und dergleichen sehr anspruchsvoll.
  • Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung bzw. von Abschirmelementen zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen weiter zu verbessern, welches wirtschaftlich und einfach anwendbar ist, die Effektivität der Absorption erhöht, hinsichtlich der Basismaterialien und Form der Abschirmelemente größere Variabilität zuläßt, verfahrenstechnisch gut steuerbar ist und insbesondere die Herstellung leichterer Absorberelemente bei mindestens gleichen Absorptionsqualitäten ermöglicht.
  • Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Es hat sich gezeigt, daß die Ausbildung z. B. einer Bornickelschicht in einem Dispersionsbad bei zeitweiser Relativbewegung zwischen zu beschichtender Oberfläche und dem Dispersionsbad sehr gute Ergebnisse mit sich bringt. Durch die Verwendung leitfähiger Verbindungen von Elementen mit hoher Neutroneneinfangssektion ergibt sich eine gute elektrolytische Steuerbarkeit und es hat sich überraschend gezeigt, daß die Einbauraten erheblich erhöht werden können. Dazu resultiert die Möglichkeit, sehr viel geringere Schichtdicken auszubilden.
  • Als Elemente mit hoher Neutroneneinfangssektion kommen in Frage Elemente aus der Gruppe Bor, auch in Elementarform oder Borcarbid, Gadolinium, Cadmium, Samarium, Europium oder Dysprosium. Die hohe Neutroneneinfangssektion steht für die Größe des Einfangsquerschnittes für Neutronen des jeweiligen Elementes. Als leitfähige Verbindungen haben sich insbesondere metallische Verbindungen als besonders gut einsetzbar erwiesen. Hierbei sind zu nennen Metallboride wie beispielsweise Eisenborid, Nickelborid und dergleichen. Die Aufzählung ist beispielhaft und in Bezug auf die genannten Elemente erweiterbar. Die Leitfähigkeit steht für die gute elektrolytische Steuerbarkeit, so daß das Verfahren unter weniger anspruchsvollen Randbedingungen mit hoher Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit geführt werden kann.
  • Als elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbares metallisches Element kommen insbesondere in Frage Nickel, Cadmium oder Kupfer. Das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion oder seine Verbindungen werden in diesem Metallmatrix mit der entsprechenden Wirkung eingebaut.
  • Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, Isotope der jeweiligen Elemente zu verwenden, die eine vergrößerte Neutroneneinfangssektion aufweisen. So ist beispielsweise bekannt, daß die Verwendung von 11B eine Neutroneneinfangssektion von 0,005 barn bedeutet, während die Verwendung des Isotops 10B 3837 barn bedeutet. Daraus ergeben sich die möglichen geringeren Schichtdicken.
  • Es ergibt sich somit aufgrund der hohen Einlagerungsraten eine sehr viel größere Effektivität. Die Absorptionsschichten liegen in Größenordnungen von bis zu 800 µm. Darüber hinaus ist ein besonderer Vorteil die Unabhängigkeit des Verfahrens vom Basismaterial. In vorteilhafter Weise ist anorganisches Basismaterial einzusetzen, beispielsweise Stahl, Edelstahl, Borstahl, Titan, Aluminium, Kupfer, Nickel und dergleichen einschließlich entsprechender Legierungen. Trotz seines organischen Charakters kann als Basismaterial Kohlefasermaterial in Betracht gezogen werden. Kohlefasermaterial hat den besonderen Vorteil der galvanotechnischen Herstellbarkeit des Absorptionselementes.
  • Auch besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, das Absorberelement in fertiggestelltem Zustand oder in Einzelteilen zu fertigen. Aufgrund der Unabhängigkeit vom Basismaterial können sehr einfach bearbeitbare Materialien verwendet werden. Andererseits lassen sich auch sehr komplizierte Formen von Absorberelementen, Behälter, Körbe und dergleichen, vollständig vorfertigen und anschließend erfindungsgemäß beschichten.
  • Wegen der hohen Einbaurate ist die Abschirmung äußerst effektiv, so daß die Schichten extrem dünn sein können. Somit sind Gewichtseinsparungen um bis zu 50 % in bezug auf nach herkömmlichen Verfahren herstellbare Abschirmelemente möglich. Die derzeit im Behälter-Programm zur Brennelementlagerung verwendeten Lagerinnenbehälter (Körbe) von bisher ca. 10 t lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr in Größenordnungen von 4 bis 6 t herstellen.
  • Das Basismaterial kann als Fertigteil oder Einzelteil vorgefertigt werden, so daß aus den Einzelteilen fertige Absorberelemente gebildet werden können. Das Zusammensetzen der Absorberelemente oder der Teile von Absorberelementen zu kompletten Lagerstellen oder Tragkörben kann durch kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen hergestellt werden. Die Erfindung ermöglicht auch die Beschichtung vollständiger Lagergestelle und Tragkörbe. Die Beschichtung im Dispersionsbad erfolgt entweder chemisch oder elektrolytisch.
  • Die Relativbewegung zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und dem Dispersionsbad kann beispielsweise durch eine Bewegung des zu beschichtenden Elementes im Dispersionsbad erfolgen. Bekanntermaßen sind Elemente wie Bor und dergleichen so beschaffen, daß ein Umwälzen oder Umpumpen der Dispersion praktisch nicht wirtschaftlich möglich ist. Jegliches Umwälz- oder Umpumpaggregat würde in kürzester Zeit verschlissen sein. Dennoch soll durch die Relativbewegung einerseits eine weiterhin gute Durchmischung oder eine wiederholte Durchmischung der Dispersion erreicht werden, andererseits eine gerichtete Zuleitung der Dispersion auf die zu beschichtende Oberfläche. Neben der Bewegung des Elementes selbst kann auch die gesamte Beschichtungsanlage zum Zwecke der Erzeugung der Relativbewegung bewegt werden. So ist beispielsweise die Durchführung der Beschichtung in einer Art Trommel denkbar. Die Relativbewegung kann auch durch mechanische Bewegung des Bades, Einblasen Gas, insbesondere Luft, Ultraschallunterstützung sowie Kombinationen davon erfolgen.
  • Mit besonderem Vorteil wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die zu beschichtende Oberfläche in dem Dispersionsbad nach oben weisend angeordnet wird. Damit ist gemeint, daß die zu beschichtende Oberfläche derart im Dispersionsbad angeordnet wird, daß aufgrund der Schwerkraft die in der Dispersion befindlichen Partikel auf die Oberfläche absinken. Diese erfindungsgemäße Anordnungsweise, insbesondere in Kombination mit der zeitweisen Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Oberfläche und dem Dispersionsbad, begünstigt hervorragende Beschichtungsergebnisse.
  • Mit besonderem Vorteil wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das Beschichtungsverfahren in einer Keramik- oder Glaswanne durchgeführt wird. Hierdurch wird eine besondere Reinheit des Dispersionsbades gewährleistet.
  • Mit der Erfindung wird ein einfach durchführbares, wirtschaftliches und sehr effektives Verfahren zur Herstellung von Absorberelementen zur Neutronenabsorption angegeben, welches insbesondere basismaterialunabhängig Absorberelemente herstellbar macht, die bei vergleichbaren Absorptionswirkungen erheblich leichter sind als bekannte Abschirmelemente.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus nach dem beschriebenen Verfahren nach Ansprüche 1-13 hergestellte Absorberelemente. Diese sind gekennzeichnet dadurch, daß sie eine aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und Nickel gebildeten Beschichtung aufweisen mit einem Anteil an dem Element oder seiner Verbindung mit hoher Neutroneneinfangssektion bis zu 60 Vol.-% beziehungsweise um 40 Vol.-%. Die Schichtdicke liegt bei 350 bis 500 µm bis zu 800 µm, wobei die Schicht auf einem anorganischen Basismaterial wie Stahl, Titan, Kupfer oder dergleichen ausgebildet ist. Schichtdicken bis 2000 µm sind realisierbar. Die Ausbildung erfolgt chemisch beziehungsweise elektrolytisch. Das Abschirmelement kann in fertiggestellter Form beschichtet worden sein oder aus einzelnen beschichteten Einzelteilen zusammengestellt sein. Als Elektrolyt kommen beispielsweise in Frage außenstromlos Nickel-Phosphor oder elektrolytisch Nickel.
  • In einem Versuch wurden herkömmliche Stahlplatten in einem Nickel/Borcarbid-Dispersionsbad elektrolytisch beschichtet. Dabei wurden die Platten alle halbe Stunde in dem Bad gewendet und zeitweise auf und nieder bewegt, um einerseits eine Relativbewegung zwischen den Oberflächen und dem Dispersionsbad zu erzeugen, andererseits die jeweils zu beschichtende Oberfläche nach oben weisend im Bad anzuordnen. Es konnte Borcarbid im Bereich von 40 Vol.-% in die Nickelmatrix eingebaut werden, wie anschließende Analysen ergaben.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, wobei wenigstens ein Teil eines aus einem Basismaterial bestehenden Elementes an seinen dafür vorbestimmten Oberflächen in einem Dispersionsbad mit einer aus einem Element mit hoher Neutroneneinfangssektion und einem elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbaren metallischen Element gebildeten Schicht versehen wird, wobei während des Beschichtungsvorganges wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen der jeweils zu beschichtenden Oberfläche und dem Dispersionsbad erzeugt wird, wobei als Element mit hoher Neutroneneinfangssektion wenigstens ein Element der Gruppe bestehend aus Bor, Gadolinium, Cadmium, Samarium, Europium oder Dysprosium verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion in einer elektrisch leitenden Verbindung im Dispersionsbad vorliegt und mit einem Anteil von mehr als 20 Volumen-% in der Beschichtung abgeschieden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als elektrolytisch bzw. autokatalytisch abscheidbares metallisches Element eines der Elemente aus der Gruppe Nickel, Cadmium oder Kupfer verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als leitende Verbindung des Elementes mit hoher Neutroneneinfangssektion eine metallische Verbindung verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als leitende Verbindung des Elementes mit hoher Neutroneneinfangssektion Metallborid verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion in Form eines Isotopen mit erhöhter Neutroneneinfangssektion verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch Bewegung des zu beschichtenden Elementes erzeugt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch Einblasen von Gas, und/oder Ultraschallbeschickung erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbildung chemisch erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbildung elektrolytisch erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht von einer Dicke von bis zu 800 µm erzeugt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit hoher Neutroneneinfangssektion oder seine Verbindungen mit bis zu 60 Vol.-% in die Metallmatrix eingebaut wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsbad während des Beschichtungsvorganges wenigstens zeitweise durchmischt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einer Keramik- oder Glaswanne durchgeführt wird.
  14. Absorberelement hergestellt nach dem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1-13.
EP99118989A 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen Expired - Lifetime EP1087408B1 (de)

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