DE1489895B2

DE1489895B2 - DEVICE FOR PROOF OF SHELL DAMAGE TO CORE REACTOR FUEL ELEMENTS

Info

Publication number: DE1489895B2
Application number: DE19651489895
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Phys 7501 Leopoldshaven Jacobi
Original assignee: Gesellschaft fur Kernforschung mbH, 7500 Karlsruhe
Priority date: 1965-01-15
Filing date: 1965-01-15
Publication date: 1971-07-29
Also published as: DE1489895A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an einem in einem Reaktorkern eines Kernreaktors angeordneten Brennelement mit Strahlungsdetektoren, die am Kühlmittelaustrittsende von Brennelementkanälen angeordnet sind.The invention relates to a device for detection of shell damage to a fuel element arranged in a reactor core of a nuclear reactor with radiation detectors, which are arranged at the coolant outlet end of the fuel assembly channels are.

Für den Nachweis von Hüllenschäden sind verschiedene Einrichtungen bekannt. Bei einer dieser Einrichtungen wird das aus dem Reaktor kommende Kühlmittel hinsichtlich seiner Konzentration an Spaltprodukten untersucht und aus einer ansteigenden Spaltproduktaktivität auf einen Hüllenschaden geschlossen. Da das Kühlmittel aber als Gemisch aus einer Vielzahl von Brennelement-Kühlkanälen kommt, ist eine einfache Lokalisierung des defekten Brennelements nicht möglich. Mit Hilfe veränderter Betriebszustände des Reaktors, wie z. B. Neutronenflußabsenkungen in einzelnen Bereichen der Spaltzone, kann das defekte Brennelement unter erheblichem Zeitaufwand lokalisiert werden. Dabei ist jedoch die Nachweisempfindlichkeit klein, weil in dem Kühlmittelgemisch die Spaltproduktaktivität verdünnt wird.There are various ways of verifying damage to the shell Facilities known. In one of these facilities, what comes out of the reactor is used Coolant examined with regard to its concentration of fission products and from an increasing Fission product activity inferred from shell damage. Since the coolant is a mixture If comes from a large number of fuel assembly cooling channels, it is easy to localize the defective one Fuel assembly not possible. With the help of changed operating conditions of the reactor, such. B. Neutron flux reductions in individual areas of the fissure zone, the defective fuel element can under considerable circumstances Time expenditure can be localized. However, the detection sensitivity is small because in the fission product activity is diluted in the coolant mixture.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung ist ein großer apparativer Aufwand erforderlich, weil an jedem Brennelement ein Teil des Kühlmittelstromes entnommen, mittels Rohrleitungen durch den Reaktordruckbehälter geführt und in bekannter Weise auf Spaltproduktaktivität untersucht wird.In another known device, a large amount of equipment is required because of Part of the coolant flow is taken from each fuel assembly by means of pipes through the reactor pressure vessel is performed and examined in a known manner for cleavage product activity.

Aus der USA.-Patentschrift 2974096 ist ferner eine Meßeinrichtung bekannt, die mit Gammastrahlen-Detektoren arbeitet. Da jedoch die üblicherweise in der Nähe eines Reaktorkerns vorhandene Gamma-Strahlung weit höher als die für derartige Detektoren verträgliche Intensität ist, müssen Gamma-Messungen am Kühlmittel zum Nachweis eines Hüllenschadens notwendigerweise außerhalb des vom biologischen Schirm umschlossenen Raumes vorgenommen werden. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Kühlmittelleitungen aller Brennelemente den biologischen Schirm durchdringen müssen und dabei durch Laufzeiteffekte erzeugte Meßwertverfälschungen auftreten können, die insbesondere auch bei schnellen Reaktoren zu einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit führen.A measuring device is also known from US Pat. No. 2,974,096, which has gamma-ray detectors is working. However, since the gamma radiation usually present in the vicinity of a reactor core is far higher than that for such If the intensity of detectors is compatible, gamma measurements on the coolant must be used for detection shell damage necessarily outside of the space enclosed by the biological screen be made. This has the disadvantage that the coolant lines of all fuel assemblies have to penetrate the biological screen and thereby falsified measured values caused by runtime effects can occur, which in particular also in the case of fast reactors can be detrimental of operational safety.

Es ist auch bekannt (Nuclear Instruments & Methods, Vol. 27, 1964, Seiten 69 bis 73; Nuclear Instruments & Methods, Vol.21, 1963, Seiten 185 bis 191; Nucleonics, Vol. 19, 1961, Nr. 9, Seite 88; Nucleonics, Vol. 15, 1957, Nr. 12, Seiten 54 bis 58) an wassergekühlten Reaktoren Brennelement-Hüllenschäden mit Spaltprodukt-Monitoren nachzuweisen, die Beta-Strahlung mit einem Cerenkov-Detektor messen. Solche Detektoren für Beta-Strahlung können jedoch innerhalb des biologischen Schirmes kaum verwendet werden, weil die dort vorhandene hochenergetische Gamma-Strahlung aus der Detektorwand Photoelektronen auslöst und dadurch eine Messung der Beta-Strahlung erschwert.It is also known (Nuclear Instruments & Methods, Vol. 27, 1964, pages 69 to 73; Nuclear Instruments & Methods, Vol. 21, 1963, pages 185 to 191; Nucleonics, Vol. 19, 1961, No. 9, p. 88; Nucleonics, Vol. 15, 1957, No. 12, pages 54 to 58) on water-cooled reactors, fuel element cladding damage with fission product monitors to detect the beta radiation with a Cerenkov detector measure up. Such detectors for beta radiation can, however, be located within the biological screen can hardly be used because of the high-energy gamma radiation from the detector wall Triggers photoelectrons, making it difficult to measure beta radiation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an Kernreaktorbrennelementen zu schaffen, welches die sofortige und genaue Lokalisierung des beschädigten Brennelementes ermöglicht, ohne eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen aus dem Reaktorkern durch den biologischen Schirm nach außen zu führen.The object of the invention is to provide a device for detecting shell damage on nuclear reactor fuel elements to provide immediate and accurate localization of the damaged fuel assembly allows without a large number of coolant lines from the reactor core through the to lead the biological shield to the outside world.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stromabwärts vom Brennelement im Kanal ein die Beta-Aktivität messender Kondensator angeordnet ist, an dessen einer für Beta-Strahlung durchlässiger Elektrode das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen andere Elektrode für Beta-Strahlung undurchlässig ist.This object is achieved according to the invention in that downstream of the fuel assembly in the channel a capacitor measuring the beta activity is arranged, on one of which for beta radiation permeable electrode the coolant flows past and its other electrode for beta radiation is impermeable.

Während beim ungestörten Reaktorbetrieb nur die Beta-Aktivität des durch die Neutronenstrahlung aktivierten Kühlmediums angezeigt wird, verursacht ein auftretender Hüllenschaden durch das Austreten von Spaltprodukten in das Kühlmedium eine Vergrößerung der Beta-Aktivität und damit eine Vergrößerung des Meßwertes.While in the undisturbed reactor operation only the beta activity of the neutron radiation activated cooling medium is displayed, damage to the shell caused by the leakage of fission products in the cooling medium an increase in beta activity and thus an increase of the measured value.

Diese Meßwertvergrößerung ist besonders dort sehr ausgeprägt, wo bei einem Hüllenschaden kurzzeitig große Mengen von Spaltprodukten abgegeben werden, wie z. B. bei UO₂-Brennelementen, in denen sich vor Auftreten des Hüllenschadens ein großer Spaltgasdruck im Brennelement aufbauen kann, der schließlich zum Bruch der Hülle führt, so daß durch das Leck in sehr kurzer Zeit eine größere Menge von Spaltprodukten in das Kühlmittel austritt. Es können, auch mehrere Brennelemente zu Gruppen zusammengefaßt und die Beta-Aktivität des gemeinsam über einen Beta-Aktivitätsdetektor geführten Kühlmittels unmittelbar nach dessen Vorbeiströmen an den Brennelementhüllen gemessen werden. Besonders schnell ist ein defektes Brennelement zu lokalisieren, wenn die Beta-Aktivität des Kühlmittels unmittelbar nach dessen Vorbeiströmen am Leck im Kühlkanal des Brennelementes gemessen wird.This increase in measured values is particularly pronounced where, in the event of shell damage, large amounts of fission products are briefly released, such as, for. B. in UO ₂ fuel elements, in which a large fission gas pressure can build up in the fuel assembly before the cladding damage occurs, which ultimately leads to the cladding breaking, so that a larger amount of fission products escapes into the coolant through the leak in a very short time. Several fuel assemblies can also be combined into groups and the beta activity of the coolant, which is jointly guided via a beta activity detector, can be measured immediately after it has flowed past the fuel assembly cladding. A defective fuel assembly can be localized particularly quickly if the beta activity of the coolant is measured immediately after it has passed the leak in the cooling channel of the fuel assembly.

Wegen der im Reaktorkern gleichzeitig auftretenden hochenergetischen Neutronen- und Gamma-Strahlung hoher Intensität wird die Beta-Aktivität des Kühlmittels durch einen Kondensator gemessen, an dessen einer Elektrode, die für Betastrahlung durchlässig ist, das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen beide Elektroden mit einem Strom-Meßinstrument verbunden werden. Da die Kühlkanäle meist Rohre sind, wird die Beta-Aktivität des Kühlmittels vorzugsweise durch einen Zylinderkondensator gemessen, an dessen äußerer Elektrode (Mantelelektrode), die für Betastrahlung durchlässig ist, das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen innere Elektrode für die bis dahin durchdringende Betastrahlung z. B. durch entsprechende Dickendimensionierung undurchlässig ausgeführt ist.Because of the high-energy neutron and gamma radiation occurring at the same time in the reactor core high intensity, the beta activity of the coolant is measured by a condenser, the coolant flows past one of its electrodes, which is permeable to beta radiation, and the two electrodes of which are connected to a current measuring instrument. Because the cooling channels Mostly tubes are, the beta activity of the coolant is preferably determined by a cylinder condenser measured on its outer electrode (jacket electrode), which is permeable to beta radiation, the Coolant flows past and its inner electrode for the beta radiation that has penetrated up to then z. B. is made impermeable by appropriate thickness dimensioning.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere darin, daß eine kontinuierliche Kontrolle des Kühlmittels in unmittelbarer Nähe der zu überwachenden Brennelementhülle erfolgen kann, so daß während der Laufzeit des Kühlmittels auftretende Abklingeffekte vernachlässigbar klein bleiben und das Meßsignal nicht beeinflussen. Das Herausführen einer Vielzahl von Kühlmittelleitungen aus dem Reaktorkessel wird vermieden. Durch die Erfindung wird also die Hüllenschadenüberwachung mit einfachen Mitteln zu größerer Meßgenauiglceit gebracht und gleichzeitig eine Vielzahl von Kühlmitteldurchführungen durch den Reaktorkessel beseitigt.The advantages of the device according to the invention are in particular that a continuous Control of the coolant in the immediate vicinity of the fuel element cladding to be monitored can take place, so that decay effects occurring during the running time of the coolant are negligible remain small and do not affect the measurement signal. The leading out of a large number of coolant lines from the reactor vessel is avoided. The invention thus enables the casing damage monitoring brought with simple means to greater measurement accuracy and at the same time a Multiple coolant feed-throughs eliminated through the reactor vessel.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described.

An dem Hüllrohr 1, welches zusammen mit dem Kernbrennstoff 2 ein Brennelement bildet, strömt das Kühlmittel 3 innerhalb des durch das Hüllrohr 1 und das Mantelrohr 4 gebildeten Kühlkanales. Im Ausströmungsbereich dieses Kühlkanals wird dieAt the cladding tube 1, which forms a fuel element together with the nuclear fuel 2, flows the coolant 3 within the cooling channel formed by the cladding tube 1 and the jacket tube 4. in the The outflow area of this cooling channel is the

Beta-Aktivität des Kühlmittels durch einen aus den rohrförmigen ' Elektroden 7 und 8 und dem Dielektrikum 12 gebildeten Zylinderkondensator gemessen, indem das Kühlmittel an der äußeren Kondensatorelektrode 7, die für die Beta-Strahlung durchlässig ist, vorbeiströmt. Die Messung wird durchgeführt, indem die beiden Kondensatorelektroden über die Zuleitungen 9 und 10 mit einem Strom-Meßinstrument 11 verbunden werden. Der angezeigte elektrische Strom entsteht durch die Beta-Teilchen 6, die aus dem Kühlmittel durch die Elektrode 7 in das Dielektrikum 12 eintreten. Werden die Beta-Teilchen im Dielektrikum abgefangen, dann erhält man einen Verschiebungsstrom. Das Dielektrikum kann aber auch so ausgeführt werden, daß der größte Teil der Beta-Teilchen bis zur Elektrode 8 vordringen kann, dann wird die Elektrode 8 zweckmäßig so ausgeführt, daß sie für diese Beta-Teilchen undurchlässig ist und sie auffängt. Durch einen Hüllenschaden 5 treten aktive Brennstoffteilchen bzw. Brennstoffspaltprodukte in das Kühlmittel 3 und erhöhen dessen Beta-Aktivität beträchtlich, so daß der Schaden in der Brennelementhülle am Strom-Meßinstrument 11 angezeigt wird.Beta activity of the coolant through one of the tubular electrodes 7 and 8 and the dielectric 12 formed cylinder capacitor measured by applying the coolant to the outer capacitor electrode 7, which is transparent to the beta radiation, flows past. The measurement is carried out by connecting the two capacitor electrodes via leads 9 and 10 with a current measuring instrument 11 can be connected. The indicated electric current is created by the beta particles 6, which enter the dielectric 12 from the coolant through the electrode 7. Will the beta particles intercepted in the dielectric, then a displacement current is obtained. But the dielectric can also be designed so that most of the beta particles can penetrate to electrode 8, then the electrode 8 is expediently designed so that it is impermeable to these beta particles and catches them. Active fuel particles or fuel fission products pass through shell damage 5 in the coolant 3 and increase its beta activity considerably, so that the damage in the Fuel element cladding is displayed on the current measuring instrument 11.

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for the detection of shell damage on one in a reactor core Nuclear reactor arranged fuel assembly with radiation detectors at the coolant outlet end are arranged by fuel channels, characterized in that. downstream A capacitor measuring the beta activity is arranged from the fuel element in the channel The coolant flows past one of the electrodes (7) which is permeable to beta radiation and the other electrode (8) of which is opaque to beta radiation.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the capacitor is a cylinder capacitor is formed, the outer electrode (7) is transparent to beta radiation and whose inner electrode (8) is impermeable to beta radiation.

1 sheet of drawings