DE2221342A1

DE2221342A1 - Kernreaktorbrennstab

Info

Publication number: DE2221342A1
Application number: DE19722221342
Authority: DE
Inventors: Josef Steven
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1973-11-22
Also published as: JPS4954794A; CH551676A; BE798909A; ZA732786B; FR2183077A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktorbrennstab, der bereits bei seiner Herstellung mit einem erhöhten Innendruck versehen wird. Diese bereits angewandte Technik, siehe z.B. die US-Patentschrift 3 519 537, bezweckt eine Entlastung des Hüllrohres vom Kühlmittelaußendruck. Es ergeben sich dadurch nicht nur mechanische Vorteile, vielmehr kann die Wanddicke des Hüllrohres dementsprechend dünner gehalten werden. Dies bedeutet, daß die Menge des neutronenabsorbierenden Strukturmaterials innerhalb eines Reaktorkernes kleiner gemacht und damit dessen Neutronenökonomie wesentlich verbessert werden kann. Zum Aufbau des Innendruckes werden inerte Gase, vorzugsweise Helium verwendet.

Zur Ausnutzung der vollen Vorteile solcher mit einem "Vorinnendruck" versehenen Brennstäbe ist es aber notwendig, diese nach ihrer Fertigstellung bzw. vor ihrem Einsatz im Reaktorkern auf die Größe des in ihnen herrschenden Gasdruckes zu untersuchen. Dies kann selbstverständlich nur mit Hilfe einer zerstörungsfreien Methode geschehen. Es stellte sich daher die Aufgabe, Maßnahmen vorzusehen, mit deren..Hilfe jederzeit eine Kontrolle des im Innern von Brennstäben herrschenden Druckes möglich ist. Dies schließt insbesondere auch die Prüfung von Brennstäben auf Hüllrohrdefekte ein, ganz gleich ob diese mit oder ohne "Vorinnendruck" in einem Reaktorkern eingesetzt waren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Inneren des Reaktorbrennstabes, vorzugsweise an einem Ende sich unter dem Einfluß des Innendruckes verändernde Mittel vorgesehen sind, deren Veränderung durch

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von außen ansetzbare Meßeinrichtungen feststellbar sind. Äußerlich unterscheiden sich derartige Kernreaktorbrennstäbe praktisch nicht von jenen herkömmlicher Konstruktion. Diese sich unter dem Einfluß des Innendruckes verändernde Mittel können beispielsweise aus der Barometertechnik her bekannte Federkörper sein, die an ihrem in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck sich verstellenden Teilen einen von außerhalb des Brennstabes ortbaren Körper tragen. Der ortbare Körper kann dabei aue einem Permanentmagneten oder einem ferromagnetischen Stoff bestehen, dessen lage auf induktivem Wege von außen feststellbar ist. Der ortbare Körper kann jedoch auch eine radioaktiv strahlende Materie enthalten, die zur Erleichterung ihrer meßtechnischen Erfassung durch an sich bekannte Mittel von der Kernbrennstoffüllung des Brennstabes räumlich getrennt ist. Zur Feststellung des ortbaren Körpers können auch röntgenologische Methoden verwendet werdene Dazu ist es dann zweckmäßig, diesen Körper aus einem dementsprechend gut erfaßbaren Material zu machen. Als weiteres Beispiel für die Ortung eines solchen Körpers kann auch die Ultraschalltechnik dienen. Dann ist es zweckmäßig, den ortbaren Körper so zu gestalten und anzuordnen, daß seine Lage durch das beim Ultraschalimeßverfahren verwandte Echoprinzip eindeutig erfaßbar ist.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung sei auf die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen, bei denen in Fig. 1 und 3 ein Faltenbalg als Federkörper und in Fig. 2 eine Rohrfeder Verwendung findet. G-leiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In allen drei Fällen ist jeweils nur das obere Ende eines Brennstabes dargestellt, in dem sich die durch den Innendruck sich verändernden Mittel befinden.

Ton den herkömmlichen Bauteilen des Brennstabes sind das Hüllrohr mit 1, die Endkappe mit 2 und die Feder zur Halterung der nicht dargestellten Säule von Kernbrennstofftabletten mit 3 be-

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zeichnet, lach Pig. 1, die sich aus den Teilen a), ti) und c) zusammensetzt, befindet sich zwischen der Jeder 3 und der Endkappe 2 eine zum Inneren des Brennstabes zu offene Kapsel 4» in der ein Faltenbalg 5 mit seinem oberen Ende abgedichtet befestigt ist. Das untere Ende des Paltenbalges ist durch eine ferromagnetische oder permanentmagnetische Scheibe 7 abgeschlossen. Zur Begrenzung der Bewegung des Faltenbalges ist in seinem Inneren ein Stempel 6 angeordnet. Pig. 1a zeigt nun die lage des Faltenbalges bei vorhandenem Innendruck. Hier drückt dieser den Faltenbalg zusammen, bis das Teil 7 en dem Stempel 6 zur Anlage kommt. Fig. 1b zeigt dagegen die Lage des Faltenbalges, wenn der Innendruck des Brennstabes nachgelassen hat. Hier befindet sich die Scheibe 7, ™ den BetragΔ/nach unten verschoben und kann mit dem in Fig. 1c dargestellten induktiven Meßprinzip geortet werden. Diese Meßeinrichtung besteht aus einem über das Brennstabende geschobenen Eisenjoch 8 mit einer Wechselstromwicklung 9· In der mit a) bezeichneten Stellung der ferromagnetischen Scheibe 7 (entspr. Fig» 1a) wird die Induktivität der Wicklung 9 am größten sein, in der Stellung b) entsprechend Fig. 1b dagegen sehr stark abgenommen haben. Über ein Meßinstrument A sind daher diese lageänderungen der ferromagnetischen Scheibe 7 leicht feststellbar.

Im Beispiel nach Fig. 2 ist die Faltenbalgfeder durch eine Rohrfeder 5a ersetzt, die in eine allseits geschlossene Kapsel 4a so eingesetzt ist, daß das Innere der Rohrfeder mit dem Innenraum des Brennstabes in Verbindung steht. Der Innenraum der Kapsel 4a dagegen steht auf Normaldruck, ähnlich wie in-Fig. 1 der Innenraum des Federbalges 5. Das obere Ende der Rohrfeder 5a trägt wieder ein ferromagnetisch.es oder permanentmagnetisches Teil 7a. Dieses wird sich gemäß Fig. 2b bei Änderung der Druckverhältnisse verdrehen, wobei die Stellung I einem Brennstab ohne Innendruck und die Stellung II einem Brennstab mit Innendruck entspricht. Das Meßprinzip ist in der schematischen Fig. 2c dargestellt, es ist praktisch das gleiche wie in Figo 1c.

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In Pig, 3 ist ein Brennstabende dargestellt, das mit Hilfe von Ultraschall geprüft werden kann. Im Inneren befindet sich oberhalb der Feder 3 wieder eine Kapsel 4b, die durch Bohrungen mit dem übrigen Innenraum des Brennstabes in Verbindung steht. Mit 10 sind hier die Kernbrennstofftabletten angedeutet« Innerhalb der Kapsel 4b befindet sich nun ein Faltenbalg 5> ähnlich wie in Fig. 1, nur mit umgekehrter Bewegungsrichtung. Er ist naeh oben mit einer Platte 7 abgeschlossen, die sich je nach den Druckverhältnissen entweder auf dem Stempel odtr Anschlagstift 6 bei vorhandenem Innendruck absetzt, oder bei schlechtem oder nicht erhöhtem Innendruck nach oben steht, wie in der Fig. 3 dargestellt. Oberhalb der Endkappe 2 des Brennstabes ist hier schematisch ein Ultraschallmeßkopf 12 dargestellt, der über ein gut schalleitendes an sich bekanntes Medium 13 an der Endkappe 2 anliegt bzw. angekoppelt ist. Durch die Lage der Eohos der in dem Brennstab eingeleiteten Ultraschallimpulse auf einem nicht dargestellten Anzeigegerät kann dann die Lage der Abschlußscheibe 7 und damit die Höhe des im Inneren des Brennstabes herrschenden Innendruckes gemessen werden.

Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsmöglichkeiten der sich unter dem Innendruck verändernden Mittel sowie auch für die entsprechend angewandten Ortungsmethoden denkbar, Diese "Verfahren sind dabei nicht nur geeignet, die Kernbrennstäbe vor ihrem Einsatz im Reaktorkern zu überprüfen, sie eignen sich vielmehr auch dazu, beispielsweise gelegentlich während eines Brennelementwechsels den Innendruck zu überprüfen und daraus Rückschlüsse auf die Unversehrtheit der Brennstäbe bzw. auf ihre weitere zulässige Einsatzzeit im Reaktorkern zu ziehen.

Wie bereits eingangs erwähnt, können auch Brennstäbe konventioneller Art - also solche ohne "Vorinnendruck" - nach einer gewissen Betriebszeit im Reaktorkern auf Hüllrohrdefekte überprüft werden. Die beim Abbrand des Kernbrennstoffes sich bildenden Spaltgase erhöhen normalerweise den Innendruck - dies kann leicht mit den Einrichtungen nach dieser Erfindung er-

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mittelt werden. Ein Defekt liegt in diesen Fällen also dann vor, wenn die Messung keinen erhöhten Innendruck ermittelt. Umgekehrt kann aus dem festgestellten Innendruck auch auf den Abbrandzustand des im Brennstab eingeschlossenen Kernbrennetoffes geschlossen werden. Außerdem ermöglicht dieses Prinzip auch bei diesen konventionellen Brennstäben eine !ertigungskontrolle auf Dichtheit der Hüllrohre. Dazu müssen die Brennetäbe nur in eine mit Druckgas gefüllte Kammer gebracht und darin entsprechend dieser Erfindung überprüft werden. Eine Erhöhung des Innendruckes zeigt dann eine Undichtigkeit, also eine fehlerhafte Herstellung an.

6 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Pa tentans prüche

J Kernreaktorbrennstab, der bereits bei seiner Herstellung mit einem erhöhten Innendruck versehen wird, dadurch gekennzeichnet ,daß in seinem Inneren, vorzugsweise an einem Ende sich unter dem Einfluß de3 Innendruckes verändernde Mittel vorgesehen sind, deren Veränderungen durch von außen ansetzbare Meßeinrichtungen feststellbar sind.
2. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als sich unter Druck verändernde Mittel Federkörper - aus der Barometertechnik her bekannt - vorgesehen sind, die an ihrem in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck sich verstellenden Teilen von außerhalb des Brennstabes ortbaren Körper tragen.
3. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ortbare Körper aus einem Permanentmagneten oder einem ferr-omagnetischen Material besteht.
4. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ortbare Körper eine radioaktiv strahlende Materie enthält, die zur Erleichterung ihrer meßtechnischen !Passung durch an sich bekannte Mittel von der Kernbrennstofffüllung räumlich getrennt ist.
5. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ortbare Körper aus einem röntgenologisch gut erfaßbaren Material besteht.
6. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ortbare Körper für die Erfassung durch Ultraschall gestaltet und angeordnet ist.

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