DE1209675B - Vorrichtung zum Nachweis von Brennelementhuellenbruechen in Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ο.:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1 209 675

Aktenzeichen: U 7728 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. Januar 1961

Auslegetag: 27. Januar 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nachweis von Brennelementhüllenbrüchen in Kernreaktoren mit einem normalerweise innerhalb der Brennelementhülle zusätzlich zum Brennstoff vorhandenen Gas, das beim Auftreten eines Hüllenbruches in den Kühlmittelstrom entweicht und dort nachgewiesen wird.

Ein Brennstoffelement, bei dem ein fester Kernbrennstoffkörper in einer Schutzhülle eingeschlossen ist, kann unter Umständen beim Betrieb in einem mit Kohlendioxyd gekühlten Kernreaktor versagen, wenn eine Leckstelle durch die Schutzhülle hindurch entsteht und durch diese Leckstelle das Kühlgas das Brennstoffelement angreift, wobei sich am Brennstoffelement eine Oxydauflage bilden kann, so daß die Hülle platzen und der Brennstoffelement-Kanal im Reaktor verunreinigt werden kann. Das würde schließlich zu einer Verunreinigung des ganzen Kühlmittelkreislaufes führen und den weiteren Betrieb gefahrvoll machen. Das würde auch das Auffinden von später entstehenden Leckstellen mit den herkömmlichen Vorrichtungen erschweren, in denen Kühlgasproben aus jedem Kanal abwechselnd auf das Vorhandensein von kurzlebigen Schaltprodukten, die durch Leckstellen in der Schutzhülle entweichen, überwacht werden. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn der Reaktor-Bedienungsstelle eine frühzeitige Warnanzeige einer Leckstelle gegeben wird, so daß das defekte Brennstoffelement entnommen werden kann, ehe die Hülle platzt. Das Einsickern von Kühlmittel behindert jedoch manchmal das Entweichen von Spaltprodukten, so daß diese bis unterhalb eines feststellbaren Niveaus zerfallen sind, ehe sie die Überwachungsvorrichtung erreicht haben, und daher ist es ein Ziel der Erfindung, Mittel zur Verstärkung des Signals an der Überwachungsvorrichtung, wenn sich Oxyd an einem Brennstoffelement ansetzt, bereitzustellen.

Es ist bereits bekannt, ein Strömungsmittel, das in sehr kleinen Mengen ermittelt werden kann, in einer Brennelementhülle einzukapseln, so daß beim Auftreten einer Leckstelle in der Schutzhülle das Vorhandensein des Strömungsmittels im Kühlmittel durch eine Kühlmittel-Überwachungsvorrichtung ermittelt würde. Ein solches Strömungsmittel ist aber schwierig einzuführen, und es besteht die Gefahr, daß es bereits aus der Hülle herausleckt, bevor noch das Brennstoffelement in den Reaktor eingeführt ist, wenn eine Leckstelle bereits vorhanden ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstoff ein allseits verschlossener Gasbehälter angeordnet ist, in dem Vorrichtung zum Nachweis von
Brennelementhüllenbrüchen in Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:
Donald Williams, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 19. Januar 1960 (1887)

sich radioaktives Gas befindet und der schmilzt, sobald eine vorgegebene obere Temperaturgrenze im Brennstoff überschritten wird, und daß Strömungswege vorgesehen sind, die es dem aus dem Gasbehälter entweichenden Gas ermöglichen, zur Brennelementhülle zu gelangen.

Wenn sich bei einem Brennstoffelement, das die vorliegende Vorrichtung aufweist, eine Leckstelle entwickeln sollte, so daß Kühlmittel Zugang zu dem Brennstoffkörper gewinnt und den Körper oxydiert, verursacht die Isolierwirkung des gebildeten Oxyds ein Ansteigen der Temperatur des Brennstoffkörpers, und wenn der Brennstoffkörper den Schmelzpunkt der Kapsel erreicht, wird das radioaktive Gas freigelassen.

Der Druck dieses Gases überschreitet vorübergehend den Druck des Kühlmittels, das durch die Leckstelle hineindiffundiert, und ein Stoß von Spaltprodukt-Aktivität (der von dem radioaktiven Gas und den Spaltprodukten, die es mit sich hinausführt, herrührt) wird an der Überwachungsvorrichtung des Brennstoffelementes angezeigt, was die Reaktor-Bedienungsstelle auf eine Leckstelle aufmerksam macht.

Eine Ausführungsform der Erfindung soll nun an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt, während die

F i g. 2 und 3 Querschnitte in vergrößertem Maßstab wiedergeben.

509 780/343

F i g. 1 zeigt ein Brennstoffelement für Kernreaktoren, das aus einem Urankörper 10 besteht, der in eine Schutzhülle 11 mit rundherum führenden Rippen 12 eingehüllt ist. Die Hülle 11 wird in Nuten 13 auf dem Brennstoffkörper 10 eingepreßt und ist mit Endkappen 14, 15 versehen, die in den Hauptteil der Hülle 11 hineingeschraubt und dann an den Kanten 16 mit diesem verschweißt sind. Die Endkappe 14 trägt einen becherförmigen Zentrierungsbauteil 17, und die Endkappe 15 trägt einen kegelförmigenZentrierungsbauteil 18. An jedemEnde des Brennstoffkörpers 10 befindet sich eine Bohrung 19, die einen allseits verschlossenen Gasbehälter (Kapsel) 20 aus Magnesiumlegierung enthält, die mit Krypton-85-Gas gefüllt ist. Die Kapseln 20 passen eng in die Bohrungen 19, die durch Distanzierungsscheiben21 aus Isoliermaterial abgeschlossen sind, die ihrerseits unter bzw. über den Endkappen 14, 15 angebracht sind. In einem Brennstoffelement mit einem Durchmesser von etwa 25,4 mm und einer Länge von etwa 91 bis 122 cm kann eine Bohrung mit einem Durchmesser von etwa 6,4 mm und einer Länge von etwa 10,2 cm an jedem Ende des Körpers zweckmäßig sein, wenn die Schutzhülle mit Endkappen verschlossen ist, da eine Leckstelle, die nicht auf die normale Art durch das Herausdringen von Spaltprodukten entdeckt wird, mit großer Wahrscheinlichkeit zwischen den Endkappen und dem Hauptteil der Hülle auftritt. Die Kapseln können sich jedoch auch über die volle Länge des Brennstoffelementes erstrecken, was bei hohlen Brennstoffkörpern ratsam ist.

Die Kapseln können aus einfachen Zylindern mit glatter Oberfläche und abgerundeten Enden bestehen, wie sie in F i g. 1 gezeigt sind. Eine andere Möglichkeit ist es, eine röhrenförmige Kapsel 20 a, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist, oder eine Kapsel 20 b mit über die ganze Länge verlaufenden Nuten, wie in F i g. 3 gezeigt, zu verwenden. Bei Verwendung der röhrenförmigen Kapsel 20 α ist es manchmal zweckmäßig, eine Anzahl einzelner Röhren zu benützen. Die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Formen sehen Strömungswege vor für das Gas, das aus einer schmelzenden Kapsel entweicht.

Die Kapseln werden mit radioaktivem Gas bei einem solchen Druck gefüllt, daß beim Schmelzpunkt der Kapseln der Druck des radioaktiven Gases in den Kapseln größer als der Druck des Reaktorkühlmittels ist.

An Stelle von Krypton 85 als radioaktives Gas kann auch Radon benützt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Nachweis von Brennelementhüllenbrüchen in Kernreaktoren mit einem normalerweise innerhalb der Brennelementhülle zusätzlich zum Brennstoff vorhandenen Gas, das beim Auftreten eines Hüllenbruches in den Kühlmittelstrom entweicht und dort nachgewiesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstoff ein allseits verschlossener Gasbehälter angeordnet ist, in dem sich radioaktives Gas befindet und der schmilzt, sobald eine vorgegebene obere Temperaturgrenze im Brennstoff überschritten wird, und daß Strömungswege vorgesehen sind, die es dem aus dem Gasbehälter entweichenden Gas ermöglichen, zur Brennelementhülle zu gelangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Gas Krypton 85 ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter röhrenförmig ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrenförmige Gasbehälter vom Zentrum des Brennstoffes bis an die Endkappen der Hülle sich erstreckt und außen mit Längsnuten versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Journ. of the Brit. Nucl. En. Conf., Vol. 2, 1957, April, S. 197 bis 204.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen