DE1489895C - Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an Kernreaktorbrennelementen - Google Patents
Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an KernreaktorbrennelementenInfo
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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.
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 Spaltrone, kann das defekte Brennelement unter erheblichem
Zeitaufwand lokalisiert werden. Dabei ist jedoch die Nachweisempfindlichkeit klein, weil in
dem Kühlmittelgemisch die Spaltproduktaktivität verdünnt wird.
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.
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.
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.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung 6»
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.
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.
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.
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.
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.
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 Meßgenauigkeit gebracht und gleichzeitig eine Vielzahl von Kühlmitteldurchführungen durch den
Reaktorkessel beseitigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben.
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 die
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.
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an einem in einem Reaktorkern eines
Kernreaktors angeordneten Brennelement mit Strahlungsdetektoren, die am Kühlmittelaustrittsende
von Brennelementkanälen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts
vom Brennelement im Kanal ein die Beta-Aktivität messender Kondensator angeordnet
ist, an dessen einer für Beta-Strahlung durchlässiger Elektrode (7) das Kühlmittel vorbeiströmt
und dessen andere Elektrode (8) für Beta-Strahlung undurchlässig ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator als Zylinderkondensator
ausgebildet ist, dessen äußere Elektrode (7) für Beta^Strahlung durchlässig ist und
dessen innere Elekrode (8) für Beta-Strahlung undurchlässig ist.
Hierzu !BlattZeichnungen
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