DE1223471B - Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Huelle von Kernreaktor-Brennelementen - Google Patents

Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Huelle von Kernreaktor-Brennelementen

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DE1223471B
DE1223471B DEU8362A DEU0008362A DE1223471B DE 1223471 B DE1223471 B DE 1223471B DE U8362 A DEU8362 A DE U8362A DE U0008362 A DEU0008362 A DE U0008362A DE 1223471 B DE1223471 B DE 1223471B
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DEU8362A
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David William Williams
Alec Donald Street
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
G21d
Deutsche Kl.: 21g-21/31"
Nummer: 1 223 471
Aktenzeichen: U 8362 VIII c/21 g
Anmeldetag: 30. September 1961
Auslegetag: 25. August 1966
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Ermitteln von Leckstellen in der Hülle von Kernreaktor-Brennelementen, bei denen innerhalb der Brennelementhülle ein Körper angeordnet ist, der im Falle des Eindringens von Kühlmittel oxydiert und infolge der daraus resultierenden Volumenzunahme ein Aufreißen der Brennelementhülle bewirkt.
Aus der USA.-Patentschrift 2 855 355 ist ein Kernreaktor-Brennelement bekannt, welches aus einem innerhalb einer Schutzhülle eingeschlossenen ίο Kernbrennstoffkörper besteht, der einen Bereich von bevorzugter anfänglicher Oxydation an seiner Oberfläche aufweist, und bei dem ein Körper innerhalb der Hülle so angeordnet ist, daß durch eine Zunahme des Volumens bei Oxydation dieses Bereiches dieser Körper die Endkappe der Hülle deformiert.
In Verbesserung dieses bekannten Brennelementes sind bei der eingangs genannten Einrichtung erfindungsgemäß zwischen dem Körper und der Hülle unter den gegebenen Bedingungen nicht oxydierbare, bolzenförmige oder mit einem Stift versehene Bauteile angeordnet.
Dadurch wird erreicht, daß eine Leckwarnung infolge Brechen der Brennelementhülle früher erzielt werden kann als durch Abheben einer Endkappe, weil die durch die Oxydationsprodukte ausgeübte Kraft an einer bevorzugten Stelle konzentriert werden kann. Auf diese Weise ist die Verseuchung des Reaktors und Kühlmittels geringer, und das Brennelement ist leichter aus dem Reaktor herauszunehmen.
Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, in der die F i g. 1 und 2 Längsschnitte eines Brennelementes darstellen. "~F i g. 1 zeigt einen Teil eines rohrförmigen Uranbrennelementes mit dem in einer Schutzhülle 2 eingeschlossenen Kernbrennstoff 1, dessen Hülle mit einer Endkappe 3 versehen ist. Das obere Ende des rohrförmigen Brennstoffs 1 weist eine Schulter 4 auf, auf der ein abgestuftes Uranendstück 5 ruht, das von der Endkappe 3 durch einen Dichtungsring 6 aus wärmeisolierendem Material getrennt ist, der in einer Vertiefung 7 auf der Oberseite des Endstücks 5 eingekeilt ist und radial verlaufende Schlitze 29 besitzt. Eine durch das Endstück 5 verlaufende Öffnung 8 verbindet die Vertiefung? mit der Innenseite des Brennstoffs. Innerhalb der Vertiefung 7 befindet sich eine Platte 9 aus einer leicht oxydierbaren Uranlegierung, die einen Stöpsel 10 aus rostfreiem Stahl mit einem Bolzen 11 und einer Grundplatte 12 trägt. Der Stöpsel 10 wird zentral auf der Platte 9 durch den wärmeisolierenden Dichtungsring 6 gehalten, durch Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Hülle von Kernreaktor-Brennelementen
Anmelder:
United Kingdom Atomic Energy Authority,
London
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Eiserner Str. 227
Als Erfinder benannt:
David William Williams,
Alec Donald Street, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Oktober 1960 (36 292)
den sich der Bolzen 11 des Stöpsels 10 erstreckt. Der Dichtungsring 6 besitzt eine Ausnehmung 13, in der die Grundplatte 12 des Stöpsels 10 zu Legen kommt und die es ermöglicht, daß der Bolzen 11 durch die Endkappe 3 getrieben wird. Die Endkappe 3 ist auch an der Oberseite mit einer Ausnehmung versehen. Zwischen der Bolzenspitze und der Innenseite der unteren Ausnehmung ist eine Uranscheibe 14 eingepaßt. Falls ein oxydierendes Gas, beispielsweise Kohlendioxyd, in das Brennelement durch die Endkappe 3 eindringen sollte, kommt das Gas mit der Uranlegierungsplatte 9 in Berührung und reagiert unter Bildung von Urandioxyd, das ein wesentlich größeres Volumen besitzt als die Legierungsplatte 9. Der Stöpsel 10 wird dann nach oben gedrückt, und die Ummantelung wird durch den Stöpsel 10 aufgerissen, der die Uranscheibe 14 durch die Endkappe 3 hindurchstößt. Durch übliche Anzeigegeräte aufspürbare Spaltprodukte werden dadurch von der Innenseite des Brennelementes nach außen befördert, und die nach außen gestoßene Uranscheibe 14 führt zusätzlich zu einem erkennbaren Signal.
Ein geeignetes Material für die Platte 9 ist eine Uran-Platin-Legierung mit 1 % Platin. Die Anordnung läßt sich mit gleichem Erfolg bei einem vollzylindrischen Brennelement anwenden.
Aus F i g. 1 geht ferner hervor, daß eine Anzahl von Bohrungen 15, 16, 17, 18 jeweils einen Einsatz aufweist. Der Einsatz in der Bohrung 15 ist ein rostfreier Stahlbolzen 19; der Einsatz in der Bohrung
609 657/319
16 ist ein Bolzen 20 aus feinverteiltem Uran oder einer leicht oxydierbaren Uranlegierung, der durch einen mit einer Bohrung 22 versehenen rostfreien Stahlbolzen 21 verschlossen wird; der Einsatz in der Bohrung 17 ist ein Uranbolzen 23, der von einer Schicht aus wärmeisolierendem Material 24 mit Perforationen 25 umgeben ist; der Einsatz innerhalb der Bohrung 18 ist ein Aluminiumbolzen 26. Ein weiteres, bogenförmig geschnittenes Teilstück 27 ist entsprechend der Zeichnungsdarstellung von einer halbzylindrischen Aluminiumoxydabschirmung 28 ausgefüllt. Diese Einsätze werden normalerweise nicht alle in einem einzigen Brennelement vorgesehen, sondern sind nur zur Vereinfachung der Darstellung hier eingezeichnet. Diese verschiedenen Einsätze sind andere mögliche Ausführungsbeispiele. Wo in der Wandung der Kernbrennstoffmasse 1 eine Bohrung vorgesehen wird, ist der Wärmeübergang von dem Kernbrennstoffteil auf die Ummantelung beeinträchtigt, wobei der Abschnitt um die Bohrung und besonders das Zentrum der Bohrung heißer wird und sich hauptsächlich die Oxydationsbereitschaft erhöht. Der Bolzen 19 aus rostfreiem Stahl kann in eine Bohrung, beispielsweise in die Bohrung 15, so eingeführt werden, daß er bei Auftreten einer Oxydation verschoben wird und das Hüllmaterial 2 aufreißt. Anstatt sich das Vorhandensein einer Bohrung zu Nutze zu machen, um die Wärmeübergangseigenschaften zu beeinträchtigen und die Oxydation zu erleichtern, kann der Uran- oder Uranlegierungsbolzen 20 in eine Bohrung, beispielsweise in die Bohrung 16, eingeführt und mit einem Bolzen 21 aus rostfreiem Stahl abgedeckt werden, der nach Ausdehnung des Uran- oder Uranlegierungsbolzens 20 a's Folge der Oxydation das Hüllmaterial 2 durchbricht. (Die Bohrung 22 innerhalb des Stahlbolzens 21 ermöglicht, daß das Kühlmittel den Bolzen 20 leicht erreicht, wenn es sich einmal innerhalb des Hüllmaterials befindet.) In einer weiteren Ausführungsform ist beispielsweise die Bohrung 17 mit einer Schicht aus wärmeisolierendem Material 24 ausgekleidet und der Uranbolzen 23 eingeführt, der darauf mit einem perforierten wärmeisolierenden Material abgedeckt wird, welches innerhalb der Hülle 2 befindliches oxydierendes Gas zum Uranbolzen 23 gelangen läßt. Der wärmeisolierte Bolzen 23 wird sehr heiß und oxydiert leicht, wodurch er sich aus-* dehnt und das perforierte hitzeisolierende Material durch die Hülle drückt. Um die Oxydation zu unterstützen, kann der Bolzen 23 aus feinverteiltem Uran bestehen. Als eine Alternative zur Auskleidung der Bohrung mit wärmeisolierendem Material und der Einführung eines Uranbolzens kann die Bohrung mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt werden, beispielsweise durch einen Bolzen 26 aus Aluminiumoxyd innerhalb der Bohrung 18 oder durch die Abschirmung 28 aus Aluminiumoxyd in dem Teilstück 27. Diese Aluminiumoxydteile 26, 28 bewirken, daß der umgebende Abschnitt an der Kernstoffmasse relativ heißer wird und leichter oxydiert, so daß bei Auftreten von oxydierendem Gas innerhalb der Umhüllung 2 eine Oxydation vorzugsweise um die Aluminiumoxydteile 26, 28 herum auftritt und diese durch Volumenvergrößerung infolge der B'ldung von Urandioxyd durch die Umhüllung 2 gedrückt werden.
Eine weitere geeignete Einrichtung zur Durchbrechung der einen hohlen Brennstoffkörper einschließenden Hülle ist in F i g. 2 gezeigt. Ein Teil einer rohrförmigen Kernbrennstoffmasse 1 ist von einem abgestuften Uranendstück 5 abgedeckt und wird mit einer wärmeisolierenden Scheibe 6 von einer Umhüllung 2 mit einer Endkappe 3 umschlossen. Eine Röhre 35 aus rostfreiem Stahl verläuft durch eine Bohrung 36, die durch die Wand der rohrförmigen Brennstoffmasse 1 geht, und läuft in eine Bohrung
37 innerhalb einer Platte 38 aus rostfreiem Stahl, die ίο gebogen ist, so daß sie an die Innenfläche der rohrförmigen Brennstoffmasse 1 angepaßt ist. Die Platte
38 besitzt einen verstärkten Mittelabschnitt 39 mit einer Bohrung 37, die abgestuft ist, um so eine Schulter 40 zu bilden, auf der die Stahlröhre 35 gehalten wird. Die Röhre 35 sitzt mit Schiebesitz innerhalb der Bohrung 36 und der Bohrung 37 und gestattet, daß in die Umhüllung 2 eindringendes oxydierendes Gas die Innenfläche der rohrförmigen Brennstoffmassel unterhalb der Platte 38 erreicht. Eine sieh
ao dadurch ergebende Oxydation der Brennstoffmasse entsteht dort sehr leicht, wenn einmal oxydierendes Gas Zutritt gewonnen hat. Mit dieser Einrichtung wird dem Kühlmittel der Zutritt durch die Röhre 35 in den Bereich unterhalb der Platte 38 erleichtert.
Eine Oxydation geht vorzugsweise dort vor sich, wobei die Platte 38 und die Röhre 35 aus ihrer eingezeichneten Lage gedrückt werden und die Röhre 35 die Umhüllung 2 aufreißt.
Dadurch, daß bolzenförmige oder mit einem Stift versehene Bauteile die Brennelementumhüllung aufreißen, und dies nicht nur infolge des Oxydationswachstums von selbst geschieht, besteht der Vorteil, daß ein erfaßbares Signal erzeugt wird, ohne daß das unerwünschte Eindringen des Kühlmittels zu stark zunimmt; damit wird eine weitere Abnahme der Kernbrennstoffmasse vor dem Auswechseln des undicht gewordenen Brennelementes vermieden. Ebenfalls ist eine Verschmutzung des Reaktors durch Oxyd weniger wahrscheinlich. Die verwendeten Teile sind klein, relativ billig und leicht bei verschiedenen Brennelementtypen und verschiedenen Herstellungsverfahren anwendbar. Sie können entweder einzeln oder in Kombination an einer beliebigen Stelle in die Kernbrennstoffmasse eingeführt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Hülle von Kernreaktor-Brennelementen, bei der innerhalb der Brennelementhülle ein Körper angeordnet ist, der im Falle des Eindringens von Kühlmittel oxydiert und infolge der daraus resultierenden Volumenzunahme ein Aufreißen der Brennelementhülle bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Körper (9) und der Hülle (2) unter den gegebenen Bedingungen nicht oxydierbare, bolzenförmige oder mit einem Stift versehene Bauteile (11,12, 21,19) angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (2) an denjenigen Stellen geschwächt ist, wo sie den Bauteil (11,12, 21, 19) überdeckt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil (11, 12, 21, 19) eine mit spaltbarem Material überdeckte. Spitze aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil an seiner Oberfläche aufgerauht ist, so daß Spaltprodukte um ihn herum entweichen können.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil aus wärmeisolierendem Material besteht.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ίο das Brennelement zylindrisch und die Hülle (2) wenigstens an einem Ende durch eine Endkappe (3) verschlossen ist und der Körper (9) mit dem Bauteil (11, 12, 21, 19) an diesem Ende des Brennelementes angebracht ist.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (9) aus einer Uran-Platin-Legierung mit 1% Platin besteht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 855 355.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 657/319 8.66 © Bundesdruckerei Berlin
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2855355A (en) * 1945-11-28 1958-10-07 Leo A Ohlinger Jacketed uranium slug

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