<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Abbrandes von Kernbrennstoffen in Kernreaktoren, insbesondere Druckwasserreaktoren, durch den Vergleich von mindestens zwei Aktivitäten.
Die Messung des Abbrandes von Kernbrennstoffen führt man bei allen Kernkraftwerke auf eine Messung oder/und Rechnung der Leistungsverteilung zurück, die in kurzen Zeitabständen wiederholt werden muss, da 5 sich durch den Abbrand der Kernbrennstoffe, durch den Aufbau von Spaltprodukten und das verschieden tiefe Eintauchen der Regelstäbe über eine Betriebsperiode erhebliche Veränderungen in der Leistungsverteilung ergeben. Kennt man nun die Leistungsabgabe der einzelnen Brennelemente über ihre gesamte Einsatzzeit, wobei man zwischen den einzelnen zeitlichen Messwerten möglichst glatte Kurven für die Änderung der Leistungsabgabe voraussetzt, so ergibt das Integral der Leistungsabgabe über die Zeit, also die gesamte vom ) Brennelement abgegebene Leistung direkt den Abbrand.
In den Druckwasserreaktoren wird zur Messung der Leistungsverteilung üblicherweise ein Kugelmessverfahren verwendet. Bei diesem etwa aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 363.980 bekannten Verfahren werdenin instrumentierte und mit Führungsrohren versehene Brennelemente, die über den ganzen Kern verteilt sind, Kugelsäulen von der Hohe des Kernes eingeschossen und aktiviert. Die Aktivität dient als Mass für den i NeutronenfluB und damit für die Leistung. Die Ausmessung der Aktivität erfolgt dadurch, dass die gesamte Kugelsäule zu einer Detektorbank geschossen wird, die die Aktivität gleichzeitig oder abschnittsweise nacheinander über die ganze Länge der Kugelsäule ermittelt. Die Daten werden in einem digitalen Rechner für Wirkungsquerschnitt, für Strahlungs-und MeBzeit korrigiert und gespeichert.
Nachteile dieses Verfahrens in Anwendung auf die Abbrandmessung sind sehr oft zu wiederholende Messung der Leistungsverteilung, die Speicherung der gewonnenen Daten über längere Zeiten im Rechner, die Störanfälligkeit der Einrichtungen zur Durchführung des Kugelmessverfahrens, die durch die unterbrochene Messungsehr belastet werden und die Gefahr eines Ausfalls des Rechners oder einer irrtümlichen Löschung der gespeicherten Daten. Es ist zur Abbrandmessung auch bekannt, die Brennelemente aus dem Kern des Reaktors zu entfernen und mit Hilfe eines Kollimators aus einem örtlich begrenzten Teil des Brennelementes i ein Gammaspektrum zu ermitteln und aus dem Vergleich oder der absoluten Höhe bestimmter Gammalinien den Abbrand zu errechnen. Dieses Verfahren hat den grossen Nachteil, dass die Brennelemente aus dem Reak- tor entfernt werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung des Abbrandes von Kernbrennstoffen zu schaffen, welches unabhängig von der Reaktorvorgeschichte jederzeit ohne eine Betriebsstörung den Abbrand mit grosser räumlicher Auflösung genau zu messen in der Lage ist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass mindestens eine aktivierbare Probe, welche mit min-
EMI1.1
sichbekannterWeise, indenKem des Reaktors eingebracht wird, eine vorgegebene Zeit im Reaktor belassen wird und danach einer die Aktivitäten messenden Messeinheit zugeführt wird.
Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, dass sich das Neutronenspektrum mit dem Abbrand ändert und damit auch das Verhältnis der in der Probe induzierten Aktivitäten, die von verschiedenen Neu- tronengruppen stammen. Es wurde erkannt, dass es für jeden Reaktortyp eine graphisch oder rechnerisch er- mittelbare Beziehung zwischen dem Abbrand und dem Verhältnis von mindestens zwei Aktivitäten gibt, wel- che noch durch konstante Faktoren, wie etwa Wirkungsquerschnitt, Isotopenkonzentration in der Probe und aus Faktoren aus der Inbetriebnahmemessung bzw. der Baukonzentration des Reaktorkühlmittels beeinflusst wird.
Es ist somit trotz der sehr komplizierten inneren Zusammenhänge auf einfache Weise möglich, den Ab- brand durch Messung des Verhältnisses der beiden in der Probe induzierten Aktivitäten zu messen. Vorzugsweise werden zur Abbrandmessung solche Aktivitäten herangezogen, welche von relativ unterschiedlichen Neutronengruppen stammen, etwa eine Gruppe von thermischen Neutronen und eine Gruppe von schnellen Neutronen. Zu diesem Zweck haben sich insbesondere Legierungen aus Ni/Mn, V/Mn oder Au/Mn als vorteilhaft erweisen.
Die Messung der beiden Aktivitäten kann dadurch erfolgen, dass bei Verwendung einer Probe mit ener- giemässig trennbaren Aktivitäten in bekannter Weise die Impulszahl in mindestens zwei den entsprechenden Aktivitäten zugeordneten Messkanälenfestgestelltwird und aus den ermittelten Impulszahlen der Abbrand vorzugsweise in einem Rechner errechnet wird.
Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass bei Verwendung einer Probe mit zeitlich trennbaren Aktivitäten, mindestens zwei Aktivitätsmessungen in mindestens zwei vorgegebenen Zeitintervallen durchgeführt werden und der Abbrand auf Grund der Messungen vorzugsweise in einem Rechner errechnet wird. Bei Verwendung von Vanadium und Mangan als Indikatorsubstanzen erhält man für die im wesentlichen von thermischen Neutronen induzierte Aktivität eine Halbwertszeit von 3,7 min (V) undfürdie im wesentlichen von schnellen Neutronen induzierte Aktivität (Mn56) eine solche von 2,57 h.
Damit kann die thermische und schnelle Aktivierung durch Messen zu verschiedenen Zeiten getrennt werden. ZurMessungderAktivitäten eignet sich besonders das zur Messung der Leistungsverteilung bekannte Kugel-
<Desc/Clms Page number 2>
messverfahren.
Die Erfindung wird nun näher an Hand eines Messbeispiels und unter Bezugnahme auf die Diagramme in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen beschrieben.
Zur Messung des Abbrandes wurde eine bekannte Kugelmesseinrichtung herangezogen. Die Aktivierungsi sonden waren 1,7 mm Stahlkugeln, welche das Indikatornuklid enthalten und entsprechend der Kernhöhe zu
EMI2.1
inkern und Messvorrichtung hin und her geschossen. Es wurde ein Kugelmaterial ausgewählt, welches mit einen einzigen Bestrahlungsvorgang die thermische und die schnelle Flussgruppe zu messen gestattet. Es wurde Kugelmaterial mit folgender Zusammensetzung verwendet : 70% Ni, 2, 4% Mn, 15% Cr, 2% Ti und Rest Fe,Si, Al, CuundV.
Bei einer Messreihe wurde die von der schnellen Flussgruppe stammende Aktivität aus der Reaktion Ni 58 (n, p) Co58 erhalten, wogegen die aus der thermischen Flussgruppe stammende Aktivität durch die Reaktion Mn55 (n, y) Mn56 erzielt wurde. Bei einer andern Messreihe wurde die Messung mit zwei verschiedenen Ku- gelmaterialien in ein und derselben Messposition durchgeführt, wobei vorausgesetzt und überprüft wurde, dass der Reaktorzustand bei beiden Messungen identisch war. In diesem Falle wurde eine Vanadium-Stahlkugelsäule und eine der oben erwähnten Zusammensetzung verwendet. Die Messergebnisse wurden als Prozessrechnerausdrücke in Form von Impulsraten der Kugelsäulenaktivitäten erhalten.
Es gelten folgende Zusammenhänge :
EMI2.2
Dabei bedeuten : M Manganaktivität pro cm3 V Vanadiumaktivität pro cm3
EMI2.3
scimelle FluBgruppeeth thermische Flussgruppe Mn makroskopischer effektiver thermischer Querschnitt von Mn S y makroskopischer effektiver thermischer Querschnitt von V NMn, V Anzahl der Atome/cm3
EMI2.4
Ec eptithermische Grenzenergie $ (E) differentieller Neutronenfluss #Mn, #V Zerfallkonstante von Mn bzw.
V K, K'Zeitkorrekturfaktoren M', V',Ni'Aktivierungsraten/cm3
EMI2.5
EMI2.6
EMI2.7
<Desc/Clms Page number 3>
MIDas Grobspektrum, welches eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Vanadium- und Manganaktivität ist, ist wieder abhängig vom Abbrand, wie sich aus dem Diagramm der Fig. 1 ergibt. In Fig. 1 ist für
EMI3.1
EMI3.2
EMI3.3
ReaktorFür einen zweiten Reaktor ergibt sich folgende Formel für das Grobspektrum :
EMI3.4
Das dazugehörige Verhältnis zwischen dem Abbrand und der Grobspektrumsänderung ist in Fig. 2 ge- zeigt.
Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass der Abbrand auf einfache Weise durch Messung von auf
EMI3.5
messverfahren müssen zur Abbrandbestimmung das Flusszeitintegral bilden. Das bedeutet, es muss regelmässigmindestens in einwöchigem Abstand der gesamte thermische Neutronenfluss im Kern gemessen und abgespeichert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Messung des Abbrandes von Kernbrennstoffen in Kernreaktoren, insbesondere Druckwasserreaktoren, durch den Vergleich von mindestens zwei Aktivitäten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktivierbare Probe, welche mit mindestens zwei verschiedenen Neutronengruppen zeitlich oder energiemässig trennbare Aktivitäten liefert, in an sich bekannter Weise in den Kern des Reaktors eingebracht wird, eine vorgegebene Zeit im Reaktor belassen wird und danach einer die Aktivitäten messenden Messeinheit zugeführt wird.