DE1063292B

DE1063292B - Verfahren zum Nachweis von Undichtigkeiten in den Umhuellungen der Brennstoffelemente von Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1063292B
Application number: DEL27372A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Eberhard Steudel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-04-11
Filing date: 1957-04-11
Publication date: 1959-08-13

Description

Verfahren zum Nachweis von Undichtigkeiten in den Umhüllungen der Brennstoffelemente von Kernreaktoren Bei Kernreaktoren stellen die Defekte der Brennstoffelemente noch immer eine große technologische Schwierigkeit dar; doch ist es möglich, den großen Schaden, der durch solche Defekte angerichtet werden kann, weitgehend durch frühzeitiges Erkennen zu vermeiden.
Da sich in der Umhüllung des Brennstoffelementes in einem Kernreaktor Spaltprodukte ansammeln, ist es vorteilhaft, diese Spaltprodukte als Indikator für eine Undichtigkeit in der Umhüllung zu verwenden.
Wenn die Schutzhülle durch Korrosionseffekte, thermische oder mechanische Spannungen od. ä. Ritzen oder Löcher bekommt, dann können zumindest die gasförmigen Spaltprodukte aus der Umhüllung austreten und in die Umgebung der Brennstoffelemente gelangen, beispielsweise in die Heliumschutzatmosphäre eines D2 O-Reaktors oder in den Kühlkreislauf eines gasgekühlten Reaktors.
Bei bekannten Einrichtungen wird daher ein Teil der gasförmigen Umgebung, vorzugsweise ein Teil des zur Kühlung benutzten Gases oder der gasförmigen Schutzatmosphäre der Brennstof3ielemente oder des Moderators, periodisch oder in unregelmäßigen Zeitabständen einer Vorrichtung zum Nachweis radioaktiver Spaltprodukte zugeleitet. Erfindungsgemäß dient nun dabei als Nachweisvorrichtung eine Isotopentrennanlage. An einer Stelle der Isotopentrennanlage werden die gasförmigen Spaltprodukte, die zum überwiegenden Teil aus Xenon bestehen, angereichert, weil der prozentuale Anteil des aus der Umhüllung der Brennstoffstäbe entwichenen Xenons an der gasförmigen Umgebung der Brennstoffelemente zu niedrig ist, um diesen, ohne eine Anreicherung vorzunehmen, mit einfachen Mitteln feststellen zu können. Das Xenon zeichnet sich gegenüber den anderen gasförmigen Spaltprodukten und gegenüber den als Schutzatmosphäre oder Kühlmittel verwendeten Gasen durch ein hohes Atomgewicht aus. Diese Eigenschaft erleichtert die Anreicherung des Xenons sehr. Eine einfache Isotopentrennanlage, beispielsweise ein Clusiusrohr, eignet sich hierfür gut.
Leitet man einen Teil der gasförmigen Umgebung der Brenustoffelemente von Zeit zu Zeit in die Isotopentrennanlage und stellt in dieser Xenon fest, so gibt dies einen sicheren Hinweis darauf, daß wenigstens eine der Umhüllungen der Brennstoffelemente eine Undichtigkeit aufweist. Der Nachweis des Xenons innerhalb der Isotopentrennanlage kann spektroskopisch geschehen, indem man das Spektrum der gasförmigen Füllung der Trennanlage an der Stelle beobachtet, an der sich das Xenon anreichern muß. Eine andere Möglichkeit ist, die Radioaktivität des in der Trennanlage angereicherten Xenons zu messen. Hierzu benutzt man zweckmäßig Zählrohre oder Ionisationskammern. Damit sich dabei die in der Umgebung eines Kernreaktors stets vorhandene und für die Durchführung der Messung störende radioaktive Strahlung auf die Genauigkeit der Messung nicht auswirkt und um den Einfluß der stets vorhandenen, allerdings geringen Radioaktivität der Umgebung der Brennstoffelemente möglichst auszuschalten, benutzt man vorteilhafterweise mindestens zwei Nachweisgeräte für die Radioaktivität, die man in einer Differentialschaltung gegeneinanderschaltet. Dabei wird das eine Zählrohr an die Stelle der Isotopentrennanlage gebracht, an der sich das radioaktive Xenon anreichern muß, das andere an irgendeine andere Stelle der Isotopentrennanlage. Durch diese Anordnung und durch die gewählte Schaltung spricht ein zur Messung benutztes Nullinstrument nur an, wenn sich radioaktives Xenon in der Isotopentrennanlage befindet, d. h. wenn eine Umhüllung der Brennstoffstäbe eine Undichtigkeit aufweist, durch die das Xenon in die Umgebung der Brennstoffelemente und damit in die Isotopentrennanlage gelangen kann.
An Hand der Fig. 1 und 2 soll die Erfindung nochmals erläutert werden, ohne diese auf die gewählte spezielle Ausführungsform beschränken zu wollen.
Die Fig. 1 stellt einen mit schwerem Wasser moderierten Reaktor dar, der mit Helium als Schutzgas über dem flüssigen Moderator arbeitet. In dem Reaktorkessel 1 befindet sich schweres Wasser2, in das der Kernbrennstoff 3, der von den Schutzhüllen 4 umgeben ist, eintaucht. Oberhalb des Wasserspiegels ist der Reaktorkessel 1 mit einer Heliumschutzatmosphäre 5 gefüllt. Das Helium kann über Ionenabscheider 6, in dem das dissozisierte schwere Wasser wieder vereinigt wird, mittels einer Pumpe 7 umgewälzt werden. Aus diesem Heliumkreislauf wird ein Teil des umlaufenden Gases über die Hähne 8 und 9 in das Clusiusrohr 10 geleitet und von dem übrigen Kreislauf durch besagte Hähne 8 und 9 abgeschlossen.
Wird der Heizfaden 11 des Clusiusrohres 10 durch elektrischen Strom geheizt, so sammelt sich radio aktives Xenon, das durch etwa vorhandene Undichtigkeiten in der Umhüllung 4 der Brennstoffelemente 3 in die Heliumatmosphäre und damit in den Kreislauf gelangt ist, im unteren Teil des Clusiusrohres an, wo es somit in weit höherer Konzentration vorhanden ist als im übrigen Teil des Heliumkreislaufes. Es ist daher einfach, die Anwesenheit von Xenon entweder durch eine optische Methode, beispielsweise durch Aufnahme eines Spektrums, oder durch eine Radioaktivitätsmessung festzustellen. Letzteres geschieht mit Hilfe des Zählrohres 12, dessen Strom iiber einen Verstärker 13 einem Meßinstrument 14 zugeführt wird. Bekanntlich wird das Helium durch seine Anwesenheit im Reaktor nur wenig radioaktiv, insbesondere wenn es in sehr reiner Form angewendet wird.
Die Radioaktivität der Heliumschutzatmosphäre, die nicht mit Xenon vermischt ist, unterscheidet sich daher erheblich von der Aktivität der Schutzatmosphäre, wenn dieser Xenon, das durch Undichtigkeiten in den Umhüllungen der Brennstoffelemente entwichen ist, beigemischt ist.
In Fig. 2 wird eine vorteilhafte Anordnung und Schaltung der Radioaktivitätsmesser gezeigt. Die beiden ringförmigen Ionisationskammern 15 und 16 sind am oberen und unteren Ende des Clusiusrohres angeordnet. Beide sind in einer Differentialschaltung gegeneinandergeschaltet. Das Nullinstrument 17 zeigt nur einen Ausschlag, wenn die Radioaktivität am oberen und unteren Ende des Clusiusrohres verschieden ist, weil sich im anderen Falle die beiden durch den Widerstand 19 fließenden Ionisationskammerströme wegen ihrer umgekehrten Richtung gegenseitig aufheben. Gelangt nun radioaktives Xenon in die Isotopentrennanlage, so sammelt sich dieses im Be reich der unteren Ionisationskammer an und ändert den Kammerstrom, der nun den Ionisationsstrom der oberen Ionisationskammer nicht mehr vollständig aufhebt. Der dadurch bewirkte Spannungsabfall am Widerstand 19 wird über den Verstärker 18 dem Instrument 17 zugeführt, welches sodann einen Ausschlag gibt. Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel hat den großen Vorteil, daß tatsächlich nur die Aktivitätserhöhung im unteren Teil der Isotopentrennanlage gemessen wird und sämtliche störenden, beispielsweise von Verunreirtungen des Heliums oder von Strenstrahlungen herrührenden Aktivitäten in die Messung nicht eingehen.

Claims

PATENTANSPRUCHE: 1. Verfahren zum Nachweis von Undichtigkeiten in den Umhüllungen der Brennstoffelemente von Kernreaktoren, bei dem gasförmige Spaltprodukte, die durch eine oder mehrere Undichtigkeiten ans den Hüllen der Brennstoffelemente entweichen, nachgewiesen werden, indem ein Teil der gasförmigen Umgebung, vorzugsweise ein Teil des zur Kühlung benutzten Gases und/oder der gasförmigen Schutzatmosphäre der Brennstoffelemente und/oder des Moderators, periodisch oder in unregelmäßigen zeitlichen Abständen einer Vorrichtung zum Nachweis radioaktiver Spaltprodukte zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Nachweisvorrichtung eine Isotopentrennanlage dient.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Spaltprodukte an einer Stelle innerhalb der Isotopentrennanlage angereichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isotopentrennanlage ein Clusiusrohr ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Spektrum der in der Isotopenanlage angereicherten, aus der Hülle der Brennstoffelemente entwichenen gasförmigen Spaltprodukte zu deren Nachweis benutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radioaktivität der in der Isotopenanlage angereicherten, aus der Hülle der Brennstoffelemente entwichenen gasförmigen Spaltprodukte zu deren Nachweis benutzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radioaktivität der angereicherten Spaltprodukte mit mindestens einem Zählrohr gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radioaktivität mit mindestens einer Ionisationskammer bestimmt wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einer geradzahligen Anzahl von Aktivitätsmessern je zwei zu einer flifferentialschaltung zusammengefaßt sind, derart, daß der eine Aktivitätsmesser die Radioaktivität an der Stelle der Isotopentrennanlage mißt, an der das gasförmige Spaltprodukt angereichert ist, und der andere die Radioaktivität an jener Stelle mißt, an der das Spaltprodukt abgereichert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1127 638.