DE1141733B

DE1141733B - Procedure and arrangement for testing the serviceability of new series-produced fuel elements

Info

Publication number: DE1141733B
Application number: DES67733A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Heinz Stehle; Dipl-Phys Heinz Seguin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-03-25
Filing date: 1960-03-25
Publication date: 1962-12-27

Description

Verfahren und Anordnung zur Prüfung der Einsatzfähigkeit von neuen serienmäßig hergestellten Brennelementen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von neuen serienmäßig hergestellten Kernreaktor-Brennelementen auf die Dichtigkeit der Brennelementhülle und deren Oberflächenverschmutzung durch spaltbares Material. Procedure and arrangement for checking the operational readiness of new ones mass-produced fuel assemblies The invention relates to a method for Testing of new mass-produced nuclear reactor fuel elements for leaks the fuel element cladding and its surface contamination by fissile material.

Bei Brennelementen für Kernreaktoren muß die Umhüllung des Spaltstoffes in einem ungewöhnlich hohen Maße leckdicht sein, damit einerseits eine Verunreinigung des Reaktorkühlmittels mit aktiven Spaltprodukten und andererseits eine durch den Angriff des Kühlmittels entstehende Korrosion des Spaltstoffes ausgeschlossen ist. Aber auch eine bei der Herstellung nicht zu vermeidende Verschmutzung der Brennelement-Oberflächen mit Uran kann zu einer Verunreinigung des Kühlmittels führen. Der zulässige Verschmutzungsgrad ist außerordentlich niedrig, so daß insbesondere für Brennelemente, die aus Brennstäben zusammengesetzt sind, keine befriedigende Nachweismethode bekannt ist. Die herstellungsseitige Prüfung der Brennelemente auf Dichtigkeit und Reinheit der Oberflächen verursacht einen erheblichen Aufwand. In the case of fuel elements for nuclear reactors, the cladding of the fissile material must be leak-tight to an unusually high degree, thus, on the one hand, contamination of the reactor coolant with active fission products and on the other hand one by the Corrosion of the fissile material resulting from attack by the coolant is excluded. But also contamination of the fuel element surfaces which cannot be avoided during manufacture with uranium can lead to contamination of the coolant. The permissible degree of pollution is extremely low, so that especially for fuel assemblies made from fuel rods are composed, no satisfactory detection method is known. The manufacturing side Checking the fuel assemblies for leaks and cleanliness of the surfaces a considerable effort.

Erfindungsgemäß werden die Brennelemente vor ihrem betriebsmäßigen Einsatz vorübergehend einzeln in einen mit eigenem Kühlmittelkreislauf versehenen Prüfkanal desselben Reaktors, in dem sie verwendet werden sollen, eingesetzt und die sich in diesem Prüfkanal mit und ohne Prüfling einstellenden Werte der Aktivität des Kühlmittels miteinander verglichen. Der Prüfkanal ist z. B. in der äußeren Randzone des Reaktorkernes, im Reflektor oder auch an Stellen außerhalb des Kessels, an denen noch ein Fluß langsamer Neutronen in der Größenordnung von 1012n/cm2 sec vorhanden ist, angeordnet. According to the invention, the fuel assemblies are before their operational Temporary use individually in one with its own coolant circuit Test channel of the same reactor in which they are to be used, and the values of the activity that arise in this test channel with and without the test object of the coolant compared with each other. The test channel is z. B. in the outer edge zone of the reactor core, in the reflector or in places outside the boiler where there is still a flow of slow neutrons in the order of magnitude of 1012n / cm2 sec is arranged.

Die Erfindung wird an einem in der Zeichnung dargestellten Beispiel erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch die Gesamtanordnung; Fig. 2 zeigt einen Brennelementstab im Schnitt. The invention is based on an example shown in the drawing explains: Fig. 1 schematically shows the overall arrangement; Fig. 2 shows a fuel assembly rod on average.

In Fig. 1 ist ein Reaktor 10 dargestellt, der einen einseitig geschlossenen Prüfkanal 11 enthält. Der Prüfkanal, in den ein Brennelement 12 eingesetzt ist, wird von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel durchströmt. Für wassermoderierte und -gekühlte Reaktoren wird als Kühlmittel vorzugsweise Wasser bei Atmosphärendruck und niedriger Temperatur verwendet. Der Kreislauf dieses Kühlmittels besteht im wesentlichen aus einer Pumpe 13, einem Kühler 14 und einem Ionentauscher 15 und ist unabhängig von den Haupt- und Nebenkreisläufen 17 des Reaktors. In Fig. 1, a reactor 10 is shown, which is closed on one side Test channel 11 contains. The test channel, in which a fuel assembly 12 is inserted, is flowed through by a liquid or gaseous coolant. For water moderated and -cooled reactors is preferably water at atmospheric pressure as the coolant and low temperature. The circuit of this coolant consists in essentially from a pump 13, a cooler 14 and an ion exchanger 15 and is independent of the main and secondary circuits 17 of the reactor.

Zur Messung der Aktivität des Kühlmittels ist ein Meßgerät 16 vorgesehen, das je nach seinerWirkungsweise dem lonentauscher 15 vor- oder nachgeschaltet oder mit ihm vereinigt sein kann. Spricht das Meßgerät beispielsweise auf die aktiven Edelgas-Spaltprodukte an, so wird es zweckmäßigerweise dem Ionentauscher nachgeschaltet. Ist es jedoch auf die y-Aktivität von Jod-Spaltprodukten ausgelegt, so ist es mit dem Ionentauscher, in dem die Jod-Isotope akkumuliert werden, zu vereinigen. Wenn ganz spezielle Isotope verwendet werden, ist die Anordnung des Meßgerätes von Fall zu Fall zu entscheiden. Meßgeräte zum Nachweis von Aktivitäten in Reaktor-Kühlmitteln sind bekannt. Bei einem speziellen Meßgerät zum Nachweis von Spaltprodukten werden beispielsweise die Edelgase Xenon und Krypton ausgewaschen und ihre aktiven Folgeprodukte an einen Draht angelagert. Ist ein solches oder ähnliches Gerät zur Überwachung von Kühlkanälen ohnehin verfügbar, so kann es an die Stelle des Meßgerätes 16 treten.To measure the activity of the coolant, a measuring device 16 is provided, which, depending on its mode of operation, is connected upstream or downstream of the ion exchanger 15 or can be united with him. If the measuring device speaks to the active ones, for example Noble gas cleavage products, it is expediently connected downstream of the ion exchanger. However, if it is designed for the y-activity of iodine cleavage products, it is with to combine the ion exchanger in which the iodine isotopes are accumulated. if If very special isotopes are used, the arrangement of the measuring device is of the essence to decide on a case-by-case basis. Measuring devices for detecting activities in reactor coolants are known. With a special measuring device for the detection of fission products for example the noble gases xenon and krypton and their active secondary products attached to a wire. Is such a device or a similar device for monitoring of cooling ducts is available anyway, it can take the place of the measuring device 16.

In den Prüfkanal wird jeweils ein neues Brennelement vor seinem betriebsmäßigen Einsatz eingesetzt und für kurze Zeit darin belassen. Wenn die Aktivität des Kühlmittels im Prüfkreislauf während der Prüfung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, kann das Brennelement in den Reaktor eingesetzt werden. A new fuel assembly is put into the test channel before its operational one Insert inserted and left in it for a short time. When the activity of the coolant does not exceed a specified value in the test circuit during the test, the fuel assembly can be inserted into the reactor.

Fig. 2 zeigt einen mit Endkappen 21 gasdicht verschlossenen Brennelementstab mit einem gasgefüllten Zwischenraum 18 zwischen Spaltstoff 20 und Hüllrohr 19. Wird derartigen Brennelementstäben eine kleine Menge 22 einer aktivierten oder spaltbaren Substanz, die unter den im Prüfkanal herrschenden Betriebsbedingungen merklich zu verdampfen vermag, beispielsweise angereichertes Uran-Hexafluorid (UF), beigegeben, so wird auch dann eine Aktivität im Kühlmittel des Prüfkreislaufes nachweisbar sein, wenn entweder der Defekt sehr klein ist (Mikrorisse) oder wenn der Neutronenfluß so klein ist, daß das Brennelement noch nicht die spätere Betriebstemperatur annimmt, oder wenn das Brennelement nur sehr kurze Zeit in den Prüfkanal eingesetzt wird, so daß es nur schwach aktiviert wird. 2 shows a fuel element rod which is closed in a gas-tight manner with end caps 21 with a gas-filled space 18 between fissile material 20 and cladding tube 19. Will such fuel rods a small amount 22 of an activated or fissile Substance that increases noticeably under the operating conditions prevailing in the test channel able to evaporate, e.g. enriched uranium hexafluoride (UF), added, activity in the coolant of the test circuit will then also be detectable, if either the defect is very small (micro cracks) or if the neutron flux is so small that the fuel assembly does not yet assume the later operating temperature, or if the fuel assembly is only used in the test channel for a very short time, so that it is only weakly activated.

Selbst bei sorgfältiger Nachbehandlung sind Brennelemente mit Uranverschmutzungen in der Größenordnung von 10-6 gU/dm2 behaftet. Auch diese geringfügige Verschmutzung kann in der vorliegenden Anordnung überwacht werden. Ausschlaggebend dafür ist die große Reinheit des Kühlmittels im Prüfkreislauf. Aus diesem Grunde kann Wasser aus dem Hauptkreislauf nicht verwendet werden. Durch zusätzlich in dem Prüfkreislauf erzeugte Druckschwankungen, z. B. durch Betätigung eines auf ein Gaspolster wirkenden Kolbens, ergibt sich die Möglichkeit, zwischen einer Verunreinigung des Kühlmittels durch Verschmutzung der Staboberfläche und einer von einem Leck herrührenden Verunreinigung zu unterscheiden, da nur die Menge der aus den Stäben austretenden Spaltprodukte von den Druckschwankungen beeinflußt wird. Even with careful aftertreatment, fuel elements are contaminated with uranium in the order of 10-6 gU / dm2. Even this minor pollution can be monitored in the present arrangement. The decisive factor for this is high purity of the coolant in the test circuit. Because of this, water can come out cannot be used in the main circuit. Through additionally in the test circuit pressure fluctuations generated, e.g. B. by actuating a acting on a gas cushion Piston, there is a possibility between contamination of the coolant from contamination of the rod surface and contamination from a leak to distinguish, since only the amount of fission products emerging from the rods is influenced by the pressure fluctuations.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for testing new mass-produced Nuclear reactor fuel assemblies on the tightness of the fuel element cladding and its surface contamination by fissile material, characterized in that the fuel elements in front of their Operational use temporarily individually in one with its own coolant circuit provided test channel of the same reactor in which they are to be used and the values of the activity that arise in this test channel with and without the test object of the coolant can be compared with each other.

2. The method according to claim 1 for fuel assemblies with a gas-filled Space between the casing and the fissile material, characterized in that the fuel elements within its shell a substance that is subject to the operating conditions prevailing in the test channel develops a noticeable vapor pressure, especially a fissile or easily fissile one activatable substance is added.

3. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the test channel is in the zone between the reactor core and neutrons shield is arranged.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that a device intended to generate pressure fluctuations in the coolant of the test circuit is.

References considered: Nuclear Power, 1958, June, pp. 261.