DE1162007B - Verfahren und Vorrichtung zum UEberwachen von gasgekuehlten Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21 g - 21/31

Nummer: 1162 007

Aktenzeichen: U 7099 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 26. April 1960

Auslegetag: 30. Januar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungsgerät für das Feststellen einer schadhaften Kernbrennstoffhülse in einem gasgekühlten Kernreaktor, bei welchem in einer Gasprobe vorhandene Spaltprodukte in einer Niederschlagskammer auf einer elektrostatisch geladenen Elektrode sich niederschlagen, welche periodisch so zu bewegen ist, daß nach einer bestimmten Niederschlagszeit ein in der Kammer befindlicher Elektrodenabschnitt in eine die Aktivität der Elektrode messende Detektoranlage gelangt.

Bei bekannten Geräten der obengenannten Art werden, um Informationen über die örtliche Lage einer Spaltprodukt-Leckstelle im Kern zu erhalten, Gasproben verschiedenen Brennelementkanälen entnommen und einzeln geprüft. Wenn das Prüfen dieser Proben in Aufeinanderfolge geschieht, dann kann ein vorübergehender Anstieg der Spaltprodukt-Aktivität verfehlt bzw. für die Anzeige ausgelassen werden, wenn er nämlich dann erfolgt, wenn der betreffende Kanal gerade nicht überwacht wird. Um eine bessere Kontinuität in der Überwachung zu erzielen, müssen verschiedene Proben gleichzeitig geprüft werden, wodurch sich bei den bekannten Geräten der bauliche Aufwand stark erhöht.

Zweck der Erfindung ist daher die Vereinfachung des Aufbaus eines derartigen Gerätes, bei dem seiner Natur nach eine große Anzahl von Detektoren erforlich ist.

Das Überwachungsgerät ist daher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Reihe von Niederschlagskammern eine gemeinsame Elektrode hindurchführt, daß in einem die Niederschlagskammern umgebenden Druckbehälter außerhalb der Niederschlagskammern in einer Reihe eine der Anzahl der Niederschlagskammern entsprechende Anzahl von Detektoranlagen vorgesehen ist, die in gleichen Abständen wie die Niederschlagskammern angeordnet sind, und daß die gemeinsame Elektrode für die Detektoranlagen so zu bewegen ist, daß jeweils der Abschnitt der Elektrode, der in einer bestimmten Kammer sich befindet, vor den dieser Kammer zugeordneten Detektor zu liegen kommt.

Eine gemeinsame Auslaßrohrleitung, welche durch die Wand des Druckbehälters hindurchgeführt ist und mit welcher Auslaßkanäle von den Niederschlagskammern her verbunden sind, kann ebenfalls vorgesehen sein. Das vorliegende Gerät ist zur Überwachung von in Form einer Matrix angeordneten Probenentnahmeleitung eingerichtet, indem jede Niederschlagskammer mit den Probenentnahmeleitungen einer einzigen Spalte oder Zeile der Matrix Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen
von gasgekühlten Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,
London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eisernerstr. 227

Als Erfinder benannt:

Ronald Hugh Campbell, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 27. April 1959
(Nr. 14 377)

Großbritannien vom 30. September 1959
(Nr. 33 251)

verbunden ist unter Verwendung von mehreren Reihen von Niederschlagskammern.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Überwachen von in Form einer Matrix angeordneten Probenentnahmeleitungen unter Verwendung des vorstehend definierten Gerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß das Probegas fortlaufend von jeder Matrixspalte oder -zeile der zugehörigen Niederschlagskammer zugeführt wird und daß die darauffolgende Bewegung der Elektroden zu den Detektoren zur Aktivitätsmessung bezüglich der Spalten unabhängig von der entsprechenden Bewegung der den Reihen zugeordneten Elektroden durchgeführt wird.

Vorzugsweise wird Probegas fortlaufend von jeder Matrixspalte oder -zeile nach der jeweiligen ihr zugeordneten Niederschlagskammer übermittelt und die Bewegung der Elektrode zur Kammer der Aktivitätsmessung im Detektor zeitlich so abgestimmt, daß die Teilchensammelzeiten in den Kammern der Matrixspalten länger sind als die Teilchensammelzeiten in den Kammern der Matrixzeilen.

Dadurch, daß für mehrere Detektoren nur eine einzige Elektrode und ein einziger Druckbehälter erforderlich sind, wird der bauliche Aufwand erheblich verringert und eine fortlaufende Überwachung einer großen Zahl von Brennelementkanälen in ein Matrixsystem ermöglicht.

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Das Gerät und das Verfahren nach der Erfindung werden im folgenden an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Geräts im Schnitt nach Linie I-I der F i g. 2,

Fig. 2 eine Ansicht des Geräts im Schnitt nach Linie II-II der Fi g. 1 und

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Probeentnahmeleitungen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Reihe von acht Niederschlagskammern, welche mit der Bezugszahl

10 versehen sind. Durch die Kammern 10 erstreckt sich ein endloser Draht oder ein endloses Band 11, welcher oder welches auf einem hohen elektrischen Potential relativ zu den Kammern 10 gehalten werden kann und als Elektrode wirkt, auf welcher die festen Tochtersubstanzen der gasförmigen Spaltprodukte niedergeschlagen werden. Die Elektrode 11 läuft über Rollen 13 und 14 und über Mehrfachrollengruppen 12 und 15, wobei die Rollen 12 von einem Elektromotor 30 angetrieben werden. Die Rollen 13 und 14 dienen dazu, die Elektrode 11 zu tragen, so daß sie axial durch die Kammern 10 hindurchgeht, während die Rollen 12 und 15 zur Lagerung der Elektrode außerhalb der Kammern 10 dienen, wobei die angetriebene Rolle 12 der Elektrode 11 die Bewegung vermittelt, und zwar durch die Niederschlagskammern und dann durch eine Reihe aus acht Detektoranlagen, welche die Bezugszahl 16 haben. Die Detektoranlagen 16 sind in der Nähe der Kammern 10 und in Abständen angeordnet, so daß bei Bewegung der Elektrode 11 um einen vorgegebenen Betrag aus der Reihe der Kammern 10 in die Reihe der Detektoranlagen 16 hinein jede einzelne Detektoranlage 16 dasjenige Teilstück der Elektrode

11 untersucht, welches vorher in der entsprechenden Kammer 10 bestrahlt wurde. Der Antriebsmotor 30 ist innerhalb eines abgeschlossenen Gehäuses 31 vorgesehen (F i g. 2 ), und eine Welle 32, welche den Motor 30 mit den Rollen 12 verbindet, ist dort, wo sie das Gehäuse 17 durchdringt, mit einer Stopfbuchse 33 versehen. Außerdem ist die Welle 32 innerhalb des Gehäuses 31 abgeteilt, um den Motor 30 ohne Beschädigung der Dichtung bei 33 auswechseln zu können.

Die Kammern 10, Warnanlagen 16, Elektrode 11 und Rollen 12, 13, 14, 15 sind alle in einem druckdichten Behälter 17 eingeschlossen, welcher mit Gaseinlaßrohren 18 versehen ist, von denen jedes abdichtend durch die Wand des Behälters 17 hindurchgeht und dafür bestimmt ist, eine Kammer 10 ununterbrochen mit einem Elementkanal oder einer Gruppe von Kanälen in einem Kernreaktor zu verbinden. Gasauslaßrohre 19 sind ebenfalls vorgesehen, von denen jedes abdichtend durch die Wand des Behälters 17 hindurchgeht und jede Niederschlagskammer 10 mit einem gemeinsamen Sammelrohr 20 verbindet, von welcher das Gas zum Reaktor zurückgeführt wird, und zwar über einen Trockner 21 und Kompressoren 22 (Fig. 3). Die Rohre 18 sind alle mit einem Filter verbunden (nicht dargestellt), welches Materieteilchen aus dem probeweise entnommenen Gas entfernt, bevor es die Kammern 10 erreicht.

Die Elektrode 11 wird in jede der Niederschlagskammern 10 durch eine Dichtungsmanschette ein- und ausgeführt. Die Abdichtung wird dadurch begünstigt, daß das gemeinsame Sammelrohr 20 die Druckunterschiede zwischen den einzelnen Kammern 10 auf ein Mindestmaß herabsetzt. Außerdem sind an jedem Ende der Reihe der Kammern 10 Dichtungskammem 23 vorgesehen, in denen ein Überdruck von inaktivem Kühlgas vorgesehen ist, der auch innerhalb des Behälters 17 mittels Einlaßrohren 24 und Auslaßrohren 25 gehalten wird, um ein Austreten von strahlungsaktivem Gas aus den Kammern

ίο 10 zu verhindern, so daß die Überwachungs- bzw. Warnanlagen in einem umgebenden gasförmigen Medium arbeiten, welches inaktiv ist. Die endlose Draht- oder Bandelektrode 11 ist mittels der in Abständen angeordneten Rollen 12 und 15 mit einer langen Laufstrecke zwischen den Warnanlagen und ihrer Rückkehr zu den Niederschlagskammern 10 vorgesehen, so daß die Aktivität, welche in den Kammern 10 niedergeschlagen wurde, weitgehend abgebaut ist, bevor dieses Teilstück den Niederschlagskammern wieder zugeführt wird. Eine Länge von ungefähr 15,24 m ist ausreichend, wobei die Länge jeder der Kammern 10 etwa 76 mm beträgt, und die Zeitdauer der Probeentnahme wie folgt geregelt wird.

Im typischen Betriebszustand des Gerätes wird das Teilstück des Drahtes oder Bandes 11 in den Niederschlagskammern 10 3 bis 5 Minuten lang im Stillstand gehalten, um den Niederschlag sowohl kurz- als auch langlebiger Spaltprodukt-Folgesubstanzen zu ermöglichen, und die für die Bewegung dieses Teilstücks nach den Warnanlagen 16 hin beanspruchte Zeit beträgt 10 Sekunden. Das nachfolgende Teilstück, welches dann den Niederschlagskammern zugeführt wird, bleibt in diesen weitere 3 bis 5 Minuten stehen, während die Aktivität des ersten Teilstückes für die gleiche Zeitspanne von den Detektoranlagen gemessen wird, bevor eine weitere Bewegung des Drahtes oder Bandes erfolgt, um besagtes nachfolgende Teilstück in 10 Sekunden nach den Warnanlagen hinzubringen usw. Da die Zwischenraumanordnung der Warnanlagen ähnlich derjenigen der Niederschlagskammern ist, kann die Identifizierung eines Signals an einer gegebenen Warnanlage mit einer Niederschlagskammer und von dort mit einer Gruppe von Kernbrennstoffelementkanälen erfolgen.

Die Kernbrennstoffelementkanäle sind so angeordnet, daß jeder Kanal mit zwei getrennten Probeentnahmerohrleitungsgruppen des gasförmigen Kühlmittels verbunden ist, von denen jede an eine getrennte Reihe von Niederschlagskammern 10 angeschlossen ist, um ein Matrixsystem zu bilden. In F i g. 3 wird ein Reaktorkern 26 mit zweihundertsechsundfünfzig Kernbrennstoffelementkanälen 27 gezeigt, welche in Form einer quadratischen Matrix gruppiert sind. Jeder Kanal mündet in zwei Probeentnahmeleitungen, welche je in eine Spalten- bzw. Zeilensammelleitung münden. Jede Sammelleitung führt durch eine Detektoranlage. Die Detektoranlagen sind in Gruppen zu acht in einem Gerät zusammengefaßt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Aktivität, welche in irgendeinem Kanal frei wird, an zwei getrennten Detektoranlagen festgestellt wird, wodurch der betreffende besondere Kanal identifiziert wird. Um darüber hinaus eine fortlaufende Überwachung vorzusehen und die Entdeckung von kurzzeitigen Aktivitätsanstiegen sicherzustellen, welche während der Bewegungen der Elektroden 11 auftreten können, ist dafür gesorgt, daß die vier Geräte phasenungleich

arbeiten, so daß sich zu irgendeinem Zeitpunkt immer nur eine der Elektroden bewegt. Dadurch wird erreicht, daß ein kurzzeitiger Aktivitätsanstieg an mindestens einem der Geräte festgestellt wird, und zwar in dem, in welchem die Elektrode gerade stillsteht.

Querverbindungs-Rohrleitungen 35 mit Ventilen 36 verbinden die verschiedenen Gruppen von Gasentnahmerohrleitungen, so daß, falls eines der Überwachungsgeräte unbrauchbar wird, die Gruppe der hiervon betroffenen Probeentnahmerohrleitungen vorübergehend nach einem der anderen Geräte umgeschaltet werden kann.

Jeder Detektoranlage kann ein Einzelpunktschreiber oder einer Gruppe von Detektoranlagen kann ein Mehrpunktschreiber zugeordnet sein. Die Detektoren sind vorzugsweise Szintillationszähler, welche aus einem Szintillator und einem diesem zugeordneten Sekundärelektronenvervielfacher, dessen Ausgang verstärkt werden kann, bestehen. Jeder Szintillator bzw. Leuchtkörper ist so angeordnet, daß ein Druckfenster bzw. einen Druckkanal in der Wand des Behälters 17 bildet, wobei sich die Sekundärelektronenvervielfacher außerhalb des Behälters 17 befinden (s. Fig. 2) und somit leicht auswechselbar sind.

Die im obigen Beispiel dargelegte Zeitdauer der Probeentnahme von 3 bis 5 Minuten ermöglicht den Nachweis sowohl kurz- als auch langlebiger Spaltprodukte. Das Gerät kann auch mit einer kürzeren Zeitdauer der Probeentnahme von beispielsweise etwa einer Minute für die ausschließliche Entdeckung von kurzlebigen Spaltprodukten verwendet werden. Das Gerät kann so aufgebaut sein, daß die Zeitdauer der Probeentnahme zwischen 1 und 5 Minuten varüerbar ist. Beispielsweise können in bezug auf F i g. 3 zwei Einheiten so eingesetzt werden, daß sie eine Probeentnahmezeit von 3 bis 5 Minuten haben, während die anderen beiden Einheiten für eine kürzere Zeit (beispielsweise IVa Minuten) eingesetzt werden, und zwar in einer Weise, die sicherstellt, daß jeder Kanal bei beiden Geschwindigkeiten getestet wird.

Das vorhegende Überwachungsgerät, bei welchem eine Reihe von Niederschlagskammern neben einer Reihe von Detektoranlagen liegt, weist verschiedene Vorteile gegenüber den bekannten Anlagen auf, bei denen einer einzelnen Niederschlagskammer eine einzelne Warnanlage nachgeordnet ist. Diese Vorteile sind: Weniger Antriebsvorrichtungen und weniger Druckbehälter, somit Einsparung an Raum und Kosten; NichtVorhandensein eines Selektorventils (mit seiner Möglichkeit eines zusätzlichen Leckverlustes), welches wegen der Verminderung der Anzahl der erforderlichen Druckbehälter nicht benötigt wird; Verminderung der Menge des erforderlichen »reinen« bzw. »sauberen« Gases zur Abschließung bzw. Abdichtung der Niederschlagskammern vor äußerer Verseuchung bzw. Verunreinigung und schließlich erhöhte Empfindlichkeit des Gerätes wegen der möglichen größeren Zeitdauer für jeden Niederschlags-Vorgang, verglichen mit den vorher genannten bekannten Geräten. Als ein Beispiel für die Verbesserung, die erzielt werden kann, sei angeführt, daß bei Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Kernreaktor vom Calder-Hell-Typ zehn Geräte, wie sie an Hand der Zeichnungen beschrieben worden sind, erforderlich sein würden. Dies würde eine fortlaufende Überwachung an allen Kanälen ermöglichen, während vergleichsweise beim zur Zeit angewendeten bekannten System zwar nur acht Einheiten verwendet werden, dafür aber nur die Überwachung auf Gruppen von vier Kanälen zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht wird, wobei die Überwachung dieser Gruppen eine diskontinuierliche ist und nur alle 30 Minuten für eine Dauer von 30 Sekunden stattfindet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Überwachungsgerät für das Feststellen einer schadhaften Kembrennstoffhülse in einem gasgekühlten Kernreaktor, bei welchem in einer Gasprobe vorhandene Spaltprodukte in einer Niederschlagskammer auf einer elektrostatisch geladenen Elektrode sich niederschlagen, welche periodisch so zu bewegen ist, daß nach einer bestimmten Niederschlagszeit ein in der Kammer befindlicher Elektrodenabschnitt in eine die Aktivität der Elektrode messende Detektoranlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Reihe von Niederschlagskammem (10) eine gemeinsame Elektrode (11) hkidurchführt, daß in einem die Niederschlagskammer (10) umgebenden Druckbehälter (17) außerhalb der Niederschlagskammern in einer Reihe eine der Anzahl der Niederschlagskammern entsprechende Anzahl von Detektoranlagen (16) vorgesehen ist, die in gleichen Abständen wie die Niederschlagskammem angeordnet sind, und daß die gemeinsame Elektrode zu den Detektoranlagen so zu bewegen ist, daß jeweils der Abschnitt der Elektrode, der in einer bestimmten Kammer sich befindet, vor den dieser Kammer zugeordneten Detektor zu liegen kommt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Auslaßrohrleitung (20), welche durch die Wand des Druckbehälters (17) hindürchgeführt ist und mit welcher Auslaßkanäle (25) von den Niederschlagskammem (10) her verbunden sind, vorgesehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, das eingerichtet ist zur Überwachung von in Form einer Matrix angeordneten Probeentnahmeleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Niederschlagskammer (10) mit den Probenentnahmeleitungen einer einzigen Spalte oder Zeilen der Matrix verbunden ist unter Verwendung von mehreren Reihen von Niederschlagskammem.

4. Verfahren zum Überwachen von in Form einer Matrix angeordneten Probenentnahmeleitungen unter Verwendung des Gerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegas fortlaufend von jeder Matrixspalte oder -zeile der zugehörigen Niederschlagskammer zugeführt wird und daß die darauffolgende Bewegung der Elektroden zu den Detektoren zur Aktivitätsmessung bezüglich der Spalten unabhängig von der entsprechenden Bewegung der den Reihen zugeordneten Elektroden durchgeführt wird.

5. Verfahren zum Überwachen von in Form einer Matrix angeordneten Probenentnahmeleitungen unter Verwendung des Gerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Probegas fortlaufend von jeder Matrixspalte oder -zeile nach der jeweiligen ihr zugeordneten Niederschlagskammer übermittelt wird und daß die Bewegung der Elek-

trode von der Kammer zur Aktivitätsmessung im Detektor zeitlich so abgestimmt ist, daß die Teilchensammelzeiten in den Kammern der Matrixspalten langer sind als die Teilchensammelzeiten in den Kammern der Matrixzeilen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1183 812; »Journ. Brit. Nucl. Energy Conf.«, Bd. 2, 1957, S. 197 bis 204;

»Nucleonics«, Bd. 14, 1956, H. 12, S. 520 und 521.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 807ß20 1.64 @ Bundesdruckerei Berlin