Бор и его соединения наиболее часто применяют в качестве материала-поглотителя органов регулирования. Поглощение нейтронов обусловлено изотопом 10В, на долю которого в естественном боре приходится 18 %. Бор используют в аморфном или кристаллическом виде в составе таких распространенных химических соединений, как бура Na2B407, борная кислота Н3ВО3, карбид бора В4С, нитрид бора BN, а также в виде его соединений с металлами. Для повышения эффективности естественного бора он может быть обогащен до 90 % 10В.
В реакторостроении распространение получила бористая нержавеющая сталь, содержащая около 18 % Сг, 14 % Ni и от 0,5 до 2,4 % В. Она имеет достаточную коррозионную стойкость при работе в реакторе, удовлетворительные технологические и конструкционные свойства. Приведем технологические характеристики бористых сталей. Плавка производится в индукционных печах, при этом потери бора не превышают 5 % начальной концентрации. Ковка может производиться при температуре 1010—1150°С. При температурах ниже 1010 °С сталь становится хрупкой, а при температурах выше 1150°С — красноломкой. Механическая обработка литых заготовок из бористых сталей, содержащих до 2 % В, производится резцами из обычной быстрорежущей стали.
Элементы органов регулирования из бористых сталей целесообразно выполнять литыми с последующей механической обработкой. Использование этих деталей в качестве несущих нежелательно, а монтаж их на несущих элементах должен обеспечивать возможность увеличения их размеров в процессе работы в реакторе.
Карбид бора (В4С) — химически устойчивое соединение с температурой плавления 2450 °С. Важным свойством В4С является то, что он не испаряется и не возгорается при температуре ниже 2450 °С.
Основной способ получения деталей из В4С — прессование из порошка при температуре 2400 °С либо более дешевое холодное прессование с последующим спеканием при температуре 2175 °С в атмосфере сухого водорода.
Хрупкость и невысокая стойкость к тепловым ударам деталей из В4С не позволяют изготовлять из этого материала конструкционные детали. В органах регулирования используются, как правило, В4С, прессованный в таблетки или брикеты.
Гафний (Hf) слабо поглощает тепловые нейтроны и хорошо эпитепловые. Высокая температура плавления (Тпл ~ 2220°С), высокие механические свойства и хорошая коррозионная стойкость позволяют использовать его без оболочек в качестве поглощающего и одновременно конструкционного материала для регулирующих стержней ядерных реакторов.
Плавка Hf осуществляется в вакууме или атмосфере инертных газов методом дуговой или электронно-лучевой плавки. Ковка и горячая прокатка Hf производится по технологии, аналогичной технологии обработки циркониевого сплава. Нагрев перед обработкой до температуры 900—1100 °С ведется в печах, которые для снижения окисления металла продуваются аргоном. При горячей деформации Hf из него можно получить пластины, прутки и тонкие листы. Холодная прокатка и штамповка изделий из Hf могут производиться с промежуточными обжигами. Свариваемые детали могут прихватываться на воздухе с последующей сваркой в камере с инертным газом. Механическая обработка Hf с обеспечением точных размеров изделий осуществляется по обычной технологии. Обрабатываемость Ш подобна обрабатываемости циркония и его сплавов.
Кадмий (Cd) — очень хороший поглотитель тепловых нейтронов. Однако низкая температура плавления (321°С), невысокие механические характеристики и низкая коррозионная стойкость вызывают затруднения при использовании чистого Cd без оболочек для элементов органов регулирования. Наибольшее распространение получили сплавы на основе Ag с Cd и In.
Индий — сильный резонансный поглотитель эпитепловых нейтронов, и его применение позволяет получить эффективность сплава на основе Ag, равную или даже большую эффективности Hf.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.