DE1223471B - Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Huelle von Kernreaktor-Brennelementen - Google Patents
Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Huelle von Kernreaktor-BrennelementenInfo
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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
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.
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)
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.
USA.-Patentschrift Nr. 2 855 355.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 657/319 8.66 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB36292/60A GB913920A (en) | 1960-10-21 | 1960-10-21 | Improvements in or relating to fuel elements for nuclear reactors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1223471B true DE1223471B (de) | 1966-08-25 |
Family
ID=10386784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEU8362A Pending DE1223471B (de) | 1960-10-21 | 1961-09-30 | Einrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in der Huelle von Kernreaktor-Brennelementen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE609356A (de) |
DE (1) | DE1223471B (de) |
GB (1) | GB913920A (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2137641A1 (de) * | 1971-07-28 | 1973-02-08 | Siemens Ag | Einrichtung zum erkennen von kuehlmitteleintritt in ein huellrohr eines kernreaktor-brennstabes |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2855355A (en) * | 1945-11-28 | 1958-10-07 | Leo A Ohlinger | Jacketed uranium slug |
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0
- BE BE609356D patent/BE609356A/xx unknown
-
1960
- 1960-10-21 GB GB36292/60A patent/GB913920A/en not_active Expired
-
1961
- 1961-09-30 DE DEU8362A patent/DE1223471B/de active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2855355A (en) * | 1945-11-28 | 1958-10-07 | Leo A Ohlinger | Jacketed uranium slug |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE609356A (de) | |
GB913920A (en) | 1962-12-28 |
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