Die Erfindung betrifft einen Steuerstab zur Beeinflussung der Reaktivität eines Kernreaktor, wobei der Steuerstab aus einem an seinen Enden verschlossenen Hüllrohr besteht, dessen unterer, zuerst in den Reaktorkern einfahrender Bereich, einen Ag-In-Cd-Absorber enthält an den sich ein Bereich mit einem B&sub4;C-Absorber anschließt.

Ein derartiger, allgemein als Hybrid-Stab bezeichneter Steuerstab vermeidet den gefürchteten B-10-Ausbrand am unteren Stabende eines vollständig mit B&sub4;C gefüllten Stabes und reduziert das hohe Gewicht eines Steuerstabes mit vollständiger Ag-In-Cd-Füllung.

Der einer B&sub4;C-Tablettenfüllung eigene Nachteil des Aufreißens einiger Tabletten kann jedoch dazu führen, daß Bruchstücke der Tabletten herunterfallen und den Spalt zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber und dem Hüllrohr auffüllen. Es ist dann nicht auszuschließen, daß die große Schwellwirkung des B&sub4;C-Absorbers im Bereich der Ag-In-Cd-Absorberfüllung zu einer unerwünschten Beschädigung des Hüllrohres führt.

Es stellt sich die Aufgabe einen Steuerstab der eingangs genannten Art anzugeben, der ein Eindringen von B&sub4;C-Absorbermaterial in den Ringspalt zwischen Ag-In-Cd-Absorber und Hüllrohr vermeidet und zu einer Kompensierung der thermischen Differenzdehnungen beiträgt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Ag-In-Cd-Absorber von dem B&sub4;C-Absorber durch einen starr mit dem Hüllrohr verbundenen Zwischenstopfen getrennt ist und daß zwischen dem Zwischenstopfen und dem Ag-In-Cd-Absorber ein Leerraum vorgesehen ist.

Damit wird ein Eindringen von B&sub4;C in den Spalt zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber und dem Hüllrohr vermieden und durch den Leerraum eine Kompensierung der thermischen Differenzdehnungen erzielt.

Eine bevorzugte Ausbildung sieht vor, daß im Leerraum zwischen Ag-In-Cd-Absorber und Zwischenstopfen eine zylindrische Schraubenfeder angeordnet ist.

Mit dieser Ausbildung wird die thermische und bestrahlungsbedingte Differenz-Längenänderung des Absorbers aufgenommen und eine Stützfunktion des Hüllrohres erzielt. Dabei ist es von Vorteil, die Länge des Leerraumes um die Blocklänge der Schraubenfeder zu vergrößern.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist die Verbindung zwischen dem Hüllrohr und dem Zwischenstopfen als Schrumpfpassung ausgebildet.

Diese Befestigungsart ist von Vorteil, da das Einfügen des Zwischenstopfens durch einfache Unterkühlung desselben erfolgt, so daß eine schädliche Wärmeeinwirkung nicht erforderlich ist.

Um die Haftkraft zwischen dem Zwischenstopfen und dem Hüllrohr bei einer Schrumpfverbindung zu erhöhen, wird vorgesehen, daß die Mantelfläche des Zwischenstopfens leicht konkav ausgebildet ist, daß die Schrumpfpassung im Bereich der beiden größten Außendurchmesser des konkav ausgebildeten Zwischenstopfens wirkt und daß das Hüllrohr im Bereich der Stopfenmitte einrolliert wird.

Eine andere Lösung der Aufgabe sieht vor, daß der Ag-In-Cd-Absorber von dem B&sub4;C-Absorber durch einen in axialer Richtung des Hüllrohres bewegbaren Zwischenstopfen getrennt ist.

Der axial bewegbare Stopfen erlaubt einen Ausgleich der Differenzdehnungen und verhindert wegen der geringen Spaltausbildung zum Hüllrohr hin ein Durchtritt von B&sub4;C.

Durch die Verwendung des gleichen Werkstoffes für den Zwischenstopfen und das Hüllrohr kann eine extrem geringe Spaltbreite von 20 bis 30 µm zwischen dem Zwischenstopfen und dem Hüllrohr erzielt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Zwischenstopfen wenigstens eine Ringnut auf, wobei in die Ringnut ein Federring eingelegt ist, der mit seiner Außenumfangsfläche eine Reibschlußverbindung mit dem Hüllrohr eingeht.

Mit dieser Ausgestaltung gelingt eine dichte und trotzdem noch gleitende Verbindung, die ebenfalls keinen Leerraum zum Ausgleich der thermischen Dilferenzdehnungen benötigt.

Die Kanten des Schlitzes weisen an der zum B&sub4;C-Absorber hingerichteten Seitenfläche des Federringes einen geringeren Abstand zum B&sub4;C-Absorber auf als diese Seitenfläche.

Dadurch werden die B&sub4;C-Brösel an einem Durchtritt im Bereich des Schlitzes gehindert.

Eine Anordnung mehrerer mit einem Zwischenstopfen und einem Leerraum ausgerüsteter Steuerstäbe zu einem Steuerelement eines Kernreaktors zeichnet sich dadurch aus, daß die Leerräume nebeneinander angeordneter Steuerstäbe in axialer Richtung betrachtet gegeneinander versetzt sind und daß die Steuerstäbe eines Steuerelements mit auf gleicher Höhe angeordneten Leerräumen in symetrischen Kernpositionen eingesetzt sind.

Damit soll eine negative Auswirkung auf die Leistungsverteilung des Brennelementes, in das das Steuerelement eintaucht, vermieden werden.

Anhand verschiedener Ausführungsbeispiele und der schematischen Zeichnungen Figur 1 bis 6 wird ein Steuerstab nach der Erfindung und eine Anordnung mehrere solcher Steuerstäbe zu einem Steuerelement beschrieben.

Dabei zeigt die:

• Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Steuerstab mit einem Stopfen zwischen den verschiedenen Absorberbereichen und einem Leerraum unterhalb des Stopfens,
• Figur 2 einen Teilbereich des Steuerstabes nach Figur 1 in einem größeren Maßstab,
• Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Steuerstab mit einem Stopfen zwischen den beiden Absorberbereichen,
• Figur 4 einen Teilbereich des Steuerstabes nach Figur 3 in einem größeren Maßstab,
• Figur 4a eine Aufsicht auf einen Federring nach Figur 4 in einem kleineren Maßstab,
• Figur 5 zwei nebeneinander angeordnete Steuerstäbe aus einem Steuerelement und
• Figur 6 eine Aufsicht auf einen Halter zur Aufnahme eines Steuerelementes.

Die Figur 1 zeigt einen Steuerstab 1 im Längsschnitt. Er besteht aus einem an beiden Enden verschlossenen Hüllrohr 2, das an seinem oberen Ende einen Zapfen 3 zur Verbindung mit einem Halteelement aufweist und an seinem unteren Ende mit einer Spitze 4 abgeschlossen ist. In seinem unterem Bereich, der zuerst in den Reaktorkern einfährt, weist das Hüllrohr einen in der Regel stabförmig ausgebildeten Ag-In-Cd-Absorber 5 auf. Zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber und der Hüllrohrinnenwand ist ein Spalt vorgesehen, um die Wärmeausdehnung kompensieren zu konnen. Oberhalb des Ag-In-Cd-Absorber ist ein B&sub4;C-Absorber 6 angeordnet. Um ein Eindringen von Bruchstücken der in der Regel in Tablettenform vorliegenden B&sub4;C-Füllung zu vermeiden, sind die beiden Absorberfüllungen durch einen Zwischenstopfen 7 voneinander getrennt. Der Zwischenstopfen 7 besteht aus dem selben Werkstoff wie das Hüllrohr und ist mit dem selben durch Schweißen, Loten, Schrumpfen oder dgl. starr verbunden. Zur Aufnahme der betriebsbedingten thermischen Differenzdehnungen zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber und dem Hüllrohr ist unterhalb des Zwischenstopfens 7 ein Leerraum 8 vorgesehen, der sich zwischen den Ag-In-Cd-Absorber 5 und den Zwischenstopfen 7 erstreckt. Die Verbindung zwischen Hüllrohr und Zwischenstopfen muß so ausgebildet sein, daß der Zwischenstopfen einer negativen Bremsbeschleunigung von maximal 20 g während einer Schnellabschaltung standhält. Ist in dem Leerraum eine zylindrische Schraubenfeder 9 untergebracht, so muß die Leerraumlänge um die Blocklänge der Feder vergrößert werden.

Die Figur 2 zeigt ein Beispiel einer stationären Festlegung des Zwischenstopfens 7 im Hüllrohr 2. Der mit einer leicht konkav ausgebildeten Mantelfläche ausgeführte Zwischenstopfen weist an seinen größten Durchmessern ein Schrumpfübermaß auf und wird nach einer Abkühlung in seine Position gebracht. Nach seiner Erwärmung auf die Umgebungstemperatur bildet er eine Schrumpfpassung mit dem Hüllrohr 2. Der Zwischenstopfen 7 weist in seiner Mitte einen um ca. 0,3 mm kleineren Außendurchmesser auf als im Bereich der Schrumpfpassung. Durch eine Einrollierung des Hüllrohres 2 an dieser im Durchmesser reduzierten Stelle des Zwischenstopfens 7 wird die Zuverlässigkeit der Schrumpfpassung erhöht. Die Figur 2 läßt den relativ großen Spalt 10 zwischen den Absorbern und dem Hüllrohr erkennen.

Die Figur 3 zeigt in einer anderen erfindungsgemäßen Lösung einen axial beweglichen Zwischenstopfen 7 zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber 5 und dem B&sub4;C-Absorber 6. Bei dieser Ausführung ist ein Leerraum nicht erforderlich, da die thermischen Differenzdehnungen zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber und dem B&sub4;C-Absorber durch den axial beweglichen Zwischenstopfen ausgeglichen werden können. Da für den Zwischenstopfen der selbe Werkstoff verwendet wird wie für das Hüllrohr, genügt eine Spaltbreite von 20 bis 30 µm zur Gewährleistung eines für die axiale Bewegbarkeit ausreichenden Spiels.

Die Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel zur Erzielung einer dichten und trotzdem noch gleitenden Ausbildung des Zwischenstopfens 7. Der Zwischenstopfen ist hierzu mit zwei Ringnuten 11 versehen, die jeweils einen auch in Figur 4a dargestellten Federring 12 aufnehmen. Die Federinge stellen eine Reibschlußverbindung her, die verhindert, daß Bruchstücke des B&sub4;C-Absorbers in den Spalt zwischen dem Ag-In-Cd-Absorber 5 und dem Hüllrohr 2 eindringen.

Ein Schlitz 18 des Federringes 12 ist bei eingesetztem Federring nicht ganz geschlossen. Damit keine auf der Seitenfläche 16 des Federringes 12 aufgefangene B&sub4;C-Brösel in den Schlitz 18 gelangen, sind die dem B&sub4;C-Absorber zugewandten Kanten 17 hochgezogen, so daß sie einen Wulst bilden.

Die Figur 5 zeigt zwei nebeneinander angeordnete Steuerstäbe 1 eines Steuerelementes, wie es in Figur 6 mit dem Haltelement 13 zur Aufnahme einer Vielzahl von Steuerstäben symbolisiert ist. Zur Vermeidung von ungünstigen lokalen Leistungsverteilungen beim Einfahren eines solchen Steuerelementes wird die Position des Leerraumes 8 variiert. So sind die Zwischenstopfen 7 und der Leerraum 8 zweier benachbarter Steuerstäbe 1, 1a um mindestens die Länge eines solchen Zwischenstopfens plus Leerraum versetzt. Die am oberen Ende der Figur 5 angegebene Kennzeichnung 14, 15 wird auch bei der Positionsangabe in Figur 6 verwendet. Daraus wird deutlich, daß Absorberstäbe mit gleicher Lage des Leerraumes 8 in symetrischen Positionen des Steuerelementes angeordnet sind.