DE1086358B - Messeinrichtung zum Messen der von der Aussenflaeche eines Brennstoffelementes herruehrenden ª‡-Teilchen-Emission - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Feststellung von Uranverunreinigungen auf den Außenflächen von Brennstoffelementen.

Die Empfindlichkeit von Geräten für den Nachweis von geplatzten oder zerbrochenen Uran-Brennstoffelementen in einem in Betrieb befindlichen gasgekühlten Kernreaktor durch Kühlmittel-Probeentnahme wird in starkem Maße von der Uranverunreinigung im Kühlmittelkreislauf, und zwar insbesondere auf den Oberflächen der Brennstoffelemente, bestimmt. Es ist deshalb erforderlich, sicherzustellen, daß die Brennstoffelemente vor dem Einbringen in den Reaktor gereinigt werden und daß die restliche Uranverunreinigung unter einem bestimmten Maß in der Größenordnung von 1 μg je Fuß (30,48 cm) Länge des Brennstoffelementes, bezogen auf ein an seinem Umfang mit Lamellen versehenes zylindrisches Brennstoffelement, liegt.

Verschiedene Verfahren für den Nachweis von Uranverunreinigungen auf den Außenflächen von Brennstoffelementen sind vorgeschlagen worden. Bei einem Verfahren wird das Brennstoffelement einem Neutronenstrom ausgesetzt, und es wird die ß-Aktivität abgebauter gasförmiger Spaltungsprodukte, die in der Uranverunreinigung durch den Neutronenstrom erzeugt werden, nachgewiesen. Bei einem zweiten Verfahren wird das Brennstoffelement ebenfalls einem Neutronenstrom ausgesetzt, und es werden Spaltungsbruchstücke, welche von der Uranverunreinigung herrühren, mit Hilfe der Szintillationen, die sie in einem Leuchtstoff nahe bei dem Brennstoffelement hervorbringen, nachgewiesen. Bei einem dritten Verfahren wird die natürliche α-Strahlung des Urans mit einem Szintillationsschirm nachgewiesen.

Für die Messung geringer Verunreinigungsgrade, beispielsweise 1 μg je Fuß (30,48 cm) der Brennstoffelementlänge, erfordert das erste Verfahren einen starken Neutronenstrom, was hohe Aktivität der geprüften Brennstoffelemente mit den sich daraus ergebenden Handhabungsproblemen zur Folge hat. Beim zweiten Verfahren bestehen, obgleich es nicht einen so starken Neutronenstrom wie das erste Verfahren erfordert, nichtsdestoweniger die Probleme, welche damit zusammenhängen, daß ein Brennstoffelement einem Neutronenstrom ausgesetzt wird. Das dritte Verfahren hat den Nachteil, daß viel Zeit für das Durchführen der Prüfung benötigt wird, weil das Brennstoffelement zum Prüfen langsam am Schirm vorbeigeführt werden muß. Der Erfindungszweck besteht nun darin, ein Gerät für die Feststellung der Uranverunreinigungen an der Außenfläche eines Brennstoffelementes zu schaffen, das schneller arbeitet. Das erfindungsgemäße Gerät zur Feststellung von Uranverunreinigungen an der Außenfläche eines Brenn-Meß einrichtung

zum Messen der von der Außenfläche
eines Brennstoffelementes herrührenden α-Teilchen-Emission

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 28. März 1958

John William George Gregory
und Richard Bruce Owen, London,
sind als Erfinder genannt worden

stoffelementes durch Erfassung der α-Strahlung des Urans setzt sich zusammen aus einer evakuierbaren Kammer mit Mitteln zum Einführen und Herausziehen des Brennstoffelementes, Mitteln zum Halten des Brennstoffelementes in der Kammer und einem Elektrodensystem, welches den freien Durchtritt eines Gases zuläßt und in die Kammer so eingebaut ist, daß es ein darin gehaltenes Brennstoffelement umgibt.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Gerätes wird das das Brennstoffelement umgebende Elektrodensystem positiv in bezug auf die Kammer gemacht, und es wird ein Gas, welches von α-Strahlen ionisiert wird, in die Kammer eingeleitet. Elektronen, welche von der Ionisation des eingeleiteten Gases herrühren, wer-

So den von der positiven Elektrode angezogen und bewirken Spannungsimpulse, welche registriert werden können.

Einem erfindungsgemäßen Gerät kann erhöhte Empfindlichkeit dadurch gegeben werden, daß eine

009 569/349

3 4

Schutzelektrode zwischen der Anodenelektrode und dicht angeschlossen. Die Kammer 40 nimmt die

der Kammer vorgesehen wird und daß das Gerät im Windeneinrichtung 3 auf, welche sich zusammensetzt

allgemeinen aus einem Metall mit einer niedrigen aus einer Windenrolle 41, welche auf einer Antriebs-

a-Strahlen-Emission hergestellt wird, beispielsweise welle 42 sitzt (beim Durchtritt durch die Kammer 40

aus Stahl, welcher etwa 25 α-Teilchen je Quadratfuß 5 abgedichtet), aus einer Führungsrolle 43 und aus einem

(923 qcm) und Stunde emittiert. Draht 44, welcher mit einem Ende an die Rolle 41 und

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- mit dem anderen Ende an die Haltestange 33 anspielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher geschlossen ist. Die Kammer 40 weist eine Endplatte beschrieben werden, und zwar zeigt die einzige Figur 45, welche mit Hilfe eines Dichtungsringes 46 und eine Schnittdarstellung. io Bolzen 47 abgedichtet ist, und ein Rohr 48 mit einem

Gemäß der Zeichnung besteht das Gerät aus einer Steuerventil 49 auf. An die Kammer 40 sind Halte-

evakuierbaren Kammer 2 mit einer Windeneinrich- arme 50 und 51 angeschweißt, in welchen eine Welle

tung3 für das Einführen und das Herausziehen des 52, die von Haltearmen 53 und 54 getragen wird,

Brennstoffelementes 1 in die bzw. aus der Kammer 2 drehbar sitzt.

und mit einer Endplatte 5, von welcher das Brennstoff- *5 Der Betrieb des Gerätes soll nunmehr beschrieben

element 1 gehalten wird. Eine Anodenelektrode 4 von werden, und zwar beginnend mit dem Arbeitsvorgang,

im allgemeinen zylindrischer Form ist in die Kam- welcher das Einführen des Brennstoffelementes 1 in

mer 2 so eingebaut, daß sie das darin gehaltene Brenn- die Kammer 2 von einem außerhalb befindlichen Punkt

Stoffelement umgibt. aus durchführt. Das Ventil 35 wird geschlossen, die

Eine Schutzelektrode 6 von im allgemeinen zylin- ao Bolzen 39 werden gelöst, und die Kammer40 wird um drischer Form ist zwischen der Elektrode 4 und der die Welle 52 so geschwenkt, daß sie die Kammer 2 Kammer 2 vorgesehen, und das Gerät ist im allgemei- freigibt. Die Stange 33 wird dann mit dem Brennstoffnen aus Stahl mit einer Emission von etwa 25 α-Teil- element 1 gekuppelt, welches dann aufwärts in die chen je Quadratfuß (923 qcm) und Stunde gefertigt. Kammer 40 hineingewunden wird, wofür die Winden-Ausführlicher beschrieben, ist die Elektrode 4 zwi- ^5 einrichtung 3 verwendet wird. Die Kammer 40 wird sehen kreisförmige Endplatten 7 und 8 gespannt und dann in die Stellung über dem Ventil 35 zurückweist die Form eines Drahtes 9 auf, welcher zwischen geschwungen, und die Bolzen 39 werden angezogen, den Endplatten 7 und 8 sechsmal so hin und her ge- Die Luft in der Kammer 40 wird dann durch Rohr 48 spannt ist, daß die sechs Drahtabschnitte gleiche Ab- abgesogen, und die Kammer 40 wird mit reinem stände auf einem Teilkreis von 4 Zoll (10,16 cm) 3<> Argon auf 1 Atmosphäre Druck gefüllt, worauf das Durchmesser aufweisen. Der Draht 9 ist von den Schließen des Ventils 49 folgt. Die Luft in der Platten 7 und 8 durch Isolatoren 10 isoliert und hat Kammer 2 wird durch ein Rohr 26 abgesogen, und die einen Durchmesser von 0,005 Zoll (0,127 mm), und Kammer 2 wird mit reinem Argon auf einen Druck die sechs Drahtabschnitte verlaufen durch kurze Lan- von 1 Atmosphäre gefüllt, worauf das Schließen gen enggebohrter Röhrchen 11 hindurch. Diese Anord- 35 des Ventils 27 folgt. Das Ventil 35 wird dann geöffnet nung der Elektroden 4 läßt es zu, daß Gas frei durch und das Brennstoffelement 1 in die in der Zeichnung sie hindurchtritt. dargestellte Lage abgesenkt, und zwar mit Hilfe der

Die Elektrode 6 ist ebenfalls zwischen die End- Windeneinrichtung 3.

platten 7 und 8 gespannt und weist die Form eines Die Messung des Ausmaßes der Uranverunreinigung Drahtes 12 auf, welcher zwischen den Endplatten 7 4° auf der Außenfläche des Brennstoffelementes 1 wird und 8 sechzehnmal so hin und her gespannt ist, daß nunmehr ausgeführt. Während der Messung wird eine die sechzehn Drahtabschnitte gleiche Abstände auf Strömung von Argon dadurch herbeigeführt, daß der einem Teilkreis von 6 Zoll (15,24 cm) Durchmesser Druck des Argons im Gerät etwas höher als 1 Atmoaufweisen. Der Draht 12 hat einen Durchmesser von Sphäre ist, was ein geregeltes Entweichen aus dem 0,010 Zoll (0,254 mm). Die Elektroden 4 und 6 sind 45 Auslaßventil 31 herbeiführt. Ein Spannungsunterdurch Drähte 13 und 14 mit Klemmen 15 und 16 ver- schied zwischen der Kammer 2 und den Elektroden 4 bunden, wobei Isolatoren 17 für die Drähte 13 und 14 und 6 wird durch Anlegen einer positiven Spannung dort vorgesehen sind, wo sie durch die Kammer- (beispielsweise+1,7 kV) an die Elektrode 4 und einer wandung 2 hindurchgehen. Die Endplatten 7 und 8 negativen Spannung (beispielsweise —300 V) an die werden von drei abstandsgleichen Ankerbolzen 18, 5° Elektrode 6 aufrechterhalten. Die Emission von a-Teilwelche in die Kammer 2 auf Isolierblöcken 19 ein- chen von einer Uranverunreinigung auf der Außengebaut sind, gehalten, wobei Isolierringe 20 für die fläche des Brennstoffelementes 1 ergibt eine Ionisation Endplatten 7 und 8 vorgesehen sind. des Argons, wobei die resultierenden Elektronen zur

Die Kammer 2 hat einen Durchmesser von 12 Zoll Elektrode 4 gelangen und Spannungsimpulse hervor-

(30,48 cm) und eine Länge von 54 Zoll (137,16 cm) 55 rufen, die registriert werden.

und weist geschweißte Endflansche 21 und 22 auf, an Beim oben beschriebenen Gerät ist der Abstand zwi-

welche die Endplatte 5 bzw. die Endplatte 23 mit sehen der Elektrode 4 und den Wänden der Kammer2

Hilfe von Dichtungsringen 24 und Bolzen 25 dicht größer als die Reichweite von α-Teilchen in Argon von

angeschlossen sind. Die Kammer 2 ist mit einem Rohr 1 Atmosphäre Druck, Elektronen, welche durch

26 ausgestattet, welches ein Steuerventil 27 und ein ^6o Gasionisation außerhalb der Elektrode 6 gebildet wer-

Abzweigrohr 28 mit Steuerventilen 29 und 30 und den, werden in eine Richtung, welche von der Elek-

einem Auslaßventil 31 aufweist. Das Brennstoff- trode4 wegführt, von der negativ geladenen Elek-

elementl weist einen Haken 32 auf, an welchen eine trode6 abgestoßen. Die Rohrstücke 11 erzeugen Be-

Haltestange 33 gekuppelt ist, die eine Halteplatte 34, reiche von niedrigem Gasverstärkungsfaktor in der

welche in einem Loch in der Endplatte 5 sitzt, trägt. ⁶5 Nachbarschaft der Endplatten 7 und 8, so daß a-Strah-

Ein Ventil 35 mit Abmessungen, welche das Hin- len von den Endplatten 7 und S viel kleinere Spandurchgleiten eines Brennstoffelementes zulassen, ist an nungsimpulse auf der Elektrode 4 ergeben als der Endplatte 5 mit einem Dichtungsring 36 und BoI- α-Strahlen, welche vom Brennstoffelement 11 auszen 37 abgedichtet. Das Ventil 35 ist ferner mit einem gesandt werden, und diese kleineren Impulse werden Dichtungsring 38 und Bolzen 39 an eine Kammer 40 70 nicht registriert.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gerät zur Feststellung von Uranverunreinigungen an der Außenfläche eines Brennstoffelementes durch Erfassung der α-Strahlung des Urans, gekennzeichnet durch eine evakuierbare Kammer mit Mitteln zum Einführen und Herausziehen des

   Brennstoffelementes, Mitteln zum Halten des Brennstoffelementes in der Kammer und einem Elektrodensystem, welches den freien Durchtritt eines Gases zuläßt und in die Kammer so eingebaut ist, daß es ein darin gehaltenes Brennstoffelement umgibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen