DE1130533B - Kernreaktor mit Vorrichtungen zum Nachweis von schadhaften Brennelementen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P 17392 VHIc/21g

ANMELDETAG: 15. NOVEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit ummantelten Brennelementen, welche sich in Bohrungen des aus neutronenmoderierendem Material bestehenden Reaktorkerns befinden und deren Oberflächen im Betrieb durch ein durch die Bohrungen strömendes Kühlmittel gekühlt sind, mit einer den Reaktorkern umschließenden und abschirmenden Hülle, die von einer Mehrzahl von Rohrleitungen durchdrungen ist, von denen einige für das Auswechseln der Brennelemente zu benutzen sind, während die verbleibenden für die Bewegung und das Einführen und Entnehmen der Steuerstäbe dienen und mit Mitteln zur Anzeige von Schaden an den Brennelementummantelungen, die eine Mehrzahl von Probenleitungen umfassen, von denen jeweils eine mit einer ein Brennelement enthaltenden Bohrung verbunden ist, um jeweils eine Probe aus dem durch die Bohrung strömenden Kühlmittel zu entnehmen und diese zu außerhalb des Reaktors liegenden Anzeigemitteln für die Feststellung der Anwesenheit von Spaltprodukten zu leiten.

Es ist erforderlich, einen möglichen Schaden an den Brennelementummantelungen während des Betriebes des Reaktors so schnell wie möglich festzustellen, um zu verhindern, daß Spaltprodukte oder Brennstoff oder beides durch das Kühlmittel aus dem Reaktor nach außen gelangen.

Um festzustellen, welches spezielle Brennelement beschädigt ist, muß man eine Probe des Kühlmittels aus der Nachbarschaft jedes Brennelements entnehmen und dann die Proben aus dem Reaktor herausbringen, um jede Probe auf die Anwesenheit von Spaltprodukten mittels geeigneter Anzeigeeinrichtungen untersuchen zu können.

Es ist ein Kernreaktor bekannt, bei dem ein Teilstrom des Kühlmittels aus dem Kühlstrom abgezweigt und durch eine Probeleitung Anzeigemitteln zugeleitet wird, die außerhalb des Reaktors für die Feststellung der Anwesenheit von Spaltprodukten angebracht sind.

Es ist ferner eine Vorrichtung bei einem gasgekühlten Kernreaktor zur Anzeige und Überwachung der Undichtigkeiten in der den spaltbaren Stoff eines jeden Kanals umgebenden Ummantelung vorgeschlagen worden. Zur Anzeige werden die durch die etwaigen Undichtigkeiten auftretenden Änderungen der Radioaktivität des an den Brennelementen vorbeiströmenden Gases ausgenutzt. Hierzu dienen Einrichtungen, durch die nacheinander jedem einzelnen Kanal oder gegebenenfalls den aus mehreren Kanälen bestehenden Kanalgruppen einzeln Gas entnommen wird. Dies wird durch geeignete Leitungen einer oder mehreren Anzeigevorrichtungen zur Anzeige der Kernreaktor mit Vorrichtungen zum Nachweis von schadhaften

Brennelementen

Anmelder:

C. A. Parsons &· Company Limited, Heaton Works, Northumberland

(Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. C-H. Huß, Patentanwalt, Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 16. November 1955

und 26. Oktober 1956 (Nr. 32 875)

Robert Allen Kline und William Macrae,

Heaton Works, Northumberland (Großbritannien), sind als Erfinder genannt worden

Radioaktivität zugeführt. Die Anzeigevorrichtungen zeigen die jeweiligen Änderungen in der Radioaktivität an, unabhängig von der normalen von dem Kühlgas infolge seines Durchflusses durch den Kernreaktor angenommenen Radioaktivität. Sie prüfen jeweils einzeln nacheinander mehrere Kanäle zur intermittierenden Überwachung jedes Kanals. Hierzu wird die Zuführung des Gases selbsttätig durch in den Verbindungsleitungen zu den einzelnen Kanälen angeordnete und durch einen Umschalter betätigte Ventile gesteuert. Bei dieser Vorrichtung wird eine Vielzahl von Gasprobenleitungen mit Hilfe eines Auswahlmechanismus wahlweise einer einzigen Leitung zugeführt.

Die Aufgabe für den Bau des vorliegenden Reaktors ist die, eine Vielzahl von Leitungsdurchführungen durch die Reaktorhülle zu vermeiden. Dieses wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von Auswählvorrichtungen zwischen dem Reaktorkern und der Außenfläche der Reaktorhülle angeordnet sind, von denen jede den zu einer ihr zugeordneten Gruppe zusammengefaßten Probenleitungen wahlweise Proben entnimmt und sie einer außerhalb der Reaktorabschirmung angeordneten weiteren Auswahlvorrichtung zuführt, die die Probenleitungs-

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gruppen wahlweise mit den Anzeigemitteln in Verbindung bringt.

Bei einem Kernreaktor, dessen Hülle aus einem den Reaktorkern umgebenden Druckgefäß und einem dieses wiederum umgebenden Betonschild besteht, können die inneren Auswählmechanismen auch innerhalb des Betonschildes angeordnet sein.

Bei einer bevorzugten Ausbildung wird zweckmäßig jede der in der Reaktorabschirmung angeordneten Auswählvorrichtungen jeweils zwischen zwei entfernbaren Betonstopfen angeordnet und durch einen von außerhalb des Reaktors durch Leitungen gespeisten Elektromotor angetrieben. Diese Leitungen sind in einem eine Probenleitung umgebenden Zwischenraum angeordnet. Zweckmäßig können ferner allein die Steuerrohre zur Herausführung der Proben benutzt werden. Jedes derartige Steuerrohr ist mit der entsprechenden Bohrung im Reaktorkern mittels einer Verbindungsröhre verbunden, die von den Probenleitungen umgeben ist.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und an Hand dieser nachfolgend beschrieben; es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Reaktorkernes,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Ebene II-II der Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen außerhalb des Reaktorkernes gelegenen Teil,

Fig. 4 ein Schema für die Verbindung der Probenleitungen mit den Anzeigevorrichtungen,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Auswahlvorrichtung.

Die in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise dargestellte Ausführungsform eines Kernreaktors enthält einen Reaktorkern mit einem Gehäuse 1 aus Neutronen moderierendem Material, beispielsweise Graphit, welches eine Anzahl von Bohrungen 2, 3 enthält. Diese Bohrungen 2 nehmen ein oder mehrere Brennelemente auf, während die verbleibenden Bohrungen 3 Steuerstäbe 3 a enthalten. Zwischen jedem Brennelement und der zugehörigen Bohrung befindet sich ein Zwischenraum, durch den Kühlgas strömt.

Auf der Oberfläche des Gehäuses ruhen Ladedeckel 4, wobei jeweils ein Ladedeckel mit einer Gruppe von Brennelemente enthaltenden Bohrungen verbunden ist.

Jeder Ladedeckel enthält in axialer Verlängerung der Bohrungen 2 des Gehäuses 1 eine entsprechende Anzahl von Bohrungen 5. Diese wirken als Führungen für die Zuführung in das oder für die Entnahme der Brennelemente aus dem Gehäuse.

Außer an einigen Stellen des Außenumfanges des Gehäuses ist jeder Ladedeckel außerdem mit einem Steuerstab 3 α verbunden und besitzt eine Bohrung 6, die in axialer Verlängerung der Steuerstabbohrung 3 im Gehäuse liegt.

Die Reaktorhülle besteht aus einem den Reaktorkern umgebenden Druckgefäß? und einem Betonschild 8.

Der Betonschild und das Druckgefäß werden von einer Anzahl von in Fig. 3 nicht dargestellten Rohren durchdrungen, nachfolgend Laderohre genannt, von denen einige für die Zuführung oder die Entnahme von Brennelementen benutzt werden, während die Rohre 9, nachfolgend Steuerrohre genannt, Mittel 3 b für die Bewegung der Steuerstäbe 3 α enthalten und außerdem die Einführung der Steuerstäbe in den oder die Entnahme dieser aus dem Reaktor erlauben.

Während des Betriebes wird ein Kühlgas in einen in dem Druckgefäß 7 befindlichen Zwischenraum eingeführt (nicht dargestellt), welcher Zwischenraum mit den Zuführungen der Kühlgasleitungen durch das Innengehäuse 1 in Verbindung steht. Nachdem das Kühlgas über die Oberflächen der Brennelemente unter Aufnahme von Hitze geströmt ist, dringt es in einen weiteren, zwischen dem Druckgefäß 7 und dem Gehäuse 1, auf dem die Ladedeckel 4 angebracht sind, befindlichen Zwischenraum 10 ein, aus dem es mittels einer getrennten Gasleitung oder mehrerer Gasleitungen (nicht dargestellt) durch das Druckgefäß und den Betonschild einem Wärmeaustauscher zugeführt wird.

Ehe das Gas den letzterwähnten Zwischenraum 10 erreicht, dringt es nach Verlassen der Bohrung 2 durch die entsprechenden Bohrungen 5 in den Ladedeckel 4 ein. In jedem Ladedeckel sind Proben abzweigende Bohrungenil vorgesehen, durch die eine geringe Menge des jede Bohrung 2 verlassenden Gases über Probenleitungen 12 aus dem Reaktor zu Untersuchungszwecken herausgeführt wird.

Wie vorher beschrieben, können die Rohre 9 und die diesen zugeordneten Bohrungen 6 für die Steuerstäbe 3 α im Ladedeckel mittels einer weiteren Röhre 13 verbunden sein, die zur Führung der Steuerstäbe durch den Raum 10 dient, wobei die Probenleitungen 12 zur Ableitung der Gasproben, von denen jede für je eine Bohrung 2 vorgesehen ist, um den Umfang der Verbindungsröhren 13 herumliegend angeordnet sind.

Die durch die Steuerrohre 9 eingeschlossenen Probenleitungen durchdringen dann einen Betonstopfen 14, der in dem Rohr ruht und einen Teil des Betonschildes bildet, bis zu einem Raum 15, der eine Auswählvorrichtung 16 aufnimmt. Die Auswahlvorrichtung 16 enthält eine später beschriebene Ventilanordnung, die kontinuierlich jeweils eine Gasprobe aus einer Probenleitung 12 auswählt und jede Probe über eine Röhre 17 führt, die durch einen weiteren Betonstopfen 18 geht. Die Stopfen 14 und 18 sind in einer gewöhnlichen Röhre 16 α untergebracht. Nach Verlassen des Stopfens 18 führt die Probenröhre 17 zu einer weiteren Auswählvorrichtung 19, die gleiche Proben aus anderen Teilen des Reaktors erhält und die im Turnus kontinuierlich eine Gasprobe aus jeweils einer Röhre 17 auswählt und diese zu Anzeigemitteln 20 zur Feststellung der Anwesenheit irgendwelcher Spaltprodukte in der Probe weiterleitet.

Den Ladedeckeln, die am äußeren Umfang des Reaktorkerns gelegen sind und keine Steuerstäbe aufweisen, sind ebenfalls den Rohren 9 gleichartige Führungen im Druckgefäß und Betonschild des Reaktors zugeordnet, und die Probenleitungen aus diesen Ladedeckeln werden ebenfalls aus dem Reaktor auf die vorbeschriebene Weise herausgeführt.

Eine geeignete Auswählvorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Sie besteht aus einem kegelstumpfförmigen Element 21 aus einem Material, wie beispielsweise Graphit, das selbstschmierende Eigenschaften aufweist.

Das Ventil 21 weist einen Kanal 22 auf, der an einem Ende mit einem ringförmigen Kanal 23 zusammenwirkt, der um den Umfang des Ventils herumläuft.

Das Ventil wird im Ventilkörper 24 in Umdrehung versetzt, z. B. mittels eines Elektromotors, der über ein Ritzel 25 ein Zahnrad 26 dreht, das eine auf einer festen Spindel28 rotierende Büchse27 enthält. Das

Zahnrad 26 ist mit einem Element 29 durch einen nicht dargestellten Stift verbunden.

Das Element 29 weist zwei Vorsprünge 30 und 31 auf, die in eine Ausnehmung in der oberen Fläche des Ventils 21 passen. So wird die Umdrehung vom Ritzel 25 auf das Zahnrad 26 und von hier auf das Element 29 und schließlich das Ventil übertragen. Wenn sich das Ventil dreht, kommt der Kanal 22 in Verbindung mit jeder der Probenleitungen 12, so daß die Probe den ringförmigen Kanal23 erreicht und diesen Kanal über ein Auslaßrohr 32 der Auswahlvorrichtung passiert.

Wenn man das Ventil 21 aus Graphit herstellt und sein Lager aus Gußeisen, wird die Vorrichtung selbstschmierend.

Die Anordnung der Auswählvorrichtung im Betonschild in der beschriebenen Weise bietet den Vorteil, daß die Zahl der nach außerhalb des Reaktors geführten Leitungen wesentlich gegenüber einem System, bei dem die Auswahl völlig außerhalb des Reaktors durchgeführt wird, herabgesetzt ist. Dies ist dann wichtig, wenn der Reaktor unter Druck steht, also das Kühlgas aus den Brennelementbohrungen in einen Zwischenraum 10 zwischen dem Druckgefäß? und dem Gehäuse 1 des Reaktorkerns geführt wird.

Bei der beschriebenen Auswählvorrichtung werden die die Reaktorhülle verlassenden Probenleitungen pro Brennelementgruppe auf jeweils eine reduziert, aber diese Zahl kann selbstverständlich je nach den vorherrschenden Umständen beliebig variiert werden. Dies trifft auch auf die Zahl der Probenröhren zu, die den Auswahlmechanismus verlassen.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform die Probenleitungen durch die Steuerrohre hindurchgehen, kann selbstverständlich auch, falls es gewünscht wird, hierzu von den Laderohren Gebrauch gemacht werden.

Indem man die Probenleitungen auf dem wesentlichen Teil ihrer Länge zwischen Reaktorkern und Druckgefäß gerade führt, kann deren Länge auf ein Minimum reduziert werden. Außerdem erlaubt die beschriebene und dargestellte Anordnung der gruppenweise in einem Ladedeckel zusammengefaßten Röhren die gruppenweise Entfernung aus dem Reaktor.

Wie vorstehend beschrieben, werden die Auslaßröhren aus dem Auswählmechanismus zu einer weiteren Serie von Auswählvorrichtungen geführt werden, die in der gleichen Art wie die vorbeschriebenen Auswählvorrichtungen konstruiert sind, um so die Zahl der Probenleitungen, die in den Spaltproduktdetektor einmünden, weiter zu reduzieren.

Die vorliegenden Vorschläge zum Nachweis von schadhaften Brennelementen sind in ihrer Anwendung nicht auf Kernreaktoren beschränkt, die ein Kühlgas benutzen, sondern sie lassen sich ebenso auf Kernreaktoren anwenden, die mit Flüssigkeiten gekühlt werden.

moderierendem Material bestehenden Reaktorkerns befinden und deren Oberflächen im Betrieb durch ein durch die Bohrungen strömendes Kühlmittel gekühlt sind, mit einer den Reaktorkern umschließenden und abschirmenden Hülle, die von einer Mehrzahl von Rohrleitungen durchdrungen ist, von denen einige für das Auswechseln der Brennelemente zu benutzen sind, während die verbleibenden für die Bewegung und das Einführen und Entnehmen der Steuerstäbe dienen, und mit Mitteln zur Anzeige von Schäden an den Brennelementummantelungen, die eine Mehrzahl von Probenleitungen umfassen, von denen jeweils eine mit einer ein Brennelement enthaltenden Bohrung verbunden ist, um jeweils eine Probe aus dem durch die Bohrung strömenden Kühlmittel zu entnehmen und diese zu außerhalb des Reaktors liegenden Anzeigemitteln für die Feststellung der Anwesenheit von Spaltprodukten zu leiten, ge kennzeichnet durch eine Mehrzahl zwischen dem Reaktorkern (1) und der Außenfläche der Reaktorhülle angeordneten Auswählvorrichtungen (16), von denen jede den zu einer ihr zugeordneten Gruppe zusammengefaßten Probeleitungen wahlweise Proben entnimmt und diese Proben einer außerhalb der Reaktorhülle angeordneten weiteren Auswählvorrichtung (19) zuführt, die die Probenleitungsgruppen wahlweise mit den Anzeigemitteln in Verbindung bringt.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswählvorrichtungen zwischen dem Reaktorkern (1) und der Innenfläche der Reaktorhülle angeordnet sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 mit einer Hülle, bestehend aus einem Druckgefäß und einem dieses umgebenden Betonschild, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswählvorrichtungen (16) außerhalb des Druckgefäßes (7) innerhalb des Betonschildes (8) angeordnet sind.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in dem Betonschild (8) angeordneten Auswählvorrichtungen (16) jeweils zwischen zwei entfernbaren Betonstopfen angeordnet ist und durch einen von außerhalb des Reaktors durch Leitungen gespeisten Elektromotor anzutreiben ist.

5. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenleitungen (12) nur durch die Steuerrohre (9) herauszuführen sind.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuerrohr (9) mit der entsprechenden Bohrung (3) im Reaktorkern mittels einer Führungsröhre (13) verbunden ist, die von den Probenleitungen (12) umgeben ist.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kernreaktor mit ummantelten Brennelementen, welche sich in Bohrungen des aus neutronen-

60 In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 599 922;
»Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, New York, Vol. 3, S. 86 bis 90;

»Nucleonics«, Vol. 13, 1955, Nr. 1, S. 51 und 52.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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