DE1614014C - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an spalt barem Material in aus Kernreaktoren entnommenen Brennelementen oder Brennstoffproben - Google Patents

Description

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fahren der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfin- Zwei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur

dung im Anschluß an die Bestrahlung der Aktivitäts- Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung

abfall der Kernstrahlung sowohl der Brennelemente sowie eine Anlage zur Abbrandmessung sind in der

oder Brennstoffproben als auch des Probekörpers Zeichnung dargestellt. Es zeigt

innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls gemessen. 5 F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorrich-

Es genügt dabei, daß die Probe oder das Brenn- tung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der

element und auch das als Eichelement verwendete Erfindung,

Element mit bekanntem Spaltstoffgehalt kurzzeitig, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der Vor-

d. h. wenige Sekunden bis höchstens einige Minuten, richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der

in an sich bekannter Weise nachbestrahlt werden. Das io Erfindung,

Eichelement und das zu prüfende Element oder die Fig. 3 den Aufbau einer Anlage zur Abbrandzu prüfende Probe werden in gleicher Weise bestrahlt. messung von kugelförmigen Brennelementen.
Vorteilhaft ist es für die Durchführung des Verfahrens Wie aus F i g. 1 hervorgeht, gelangt das zu untergemäß der Erfindung, wenn die zu vergleichenden suchende Brennelement über die Zuführung 1 in die Elemente gleiche Abmessungen aufweisen. Ein großer 15 Meßstellung A in der Bleikammer 2. Innerhalb der Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber Bleikammer 2 ist der Szintillationszähler 3 angeordden bisher bekannten Verfahren zur Abbrandbestim- net, vor dessen Meßkopf ein auswechselbarer Kollimung besteht darin, daß durch die Differenzbildung mator 4 so angeordnet ist, daß die Meßstelle A voll der langlebige Spaltproduktuntergrund des abge- erfaßt ist. Dies kann durch eine entsprechende Ausbrannten Brennelements oder der zu untersuchenden 20 bildung der Kollimatorbohrung geschehen. Statt desProbe eliminiert wird, gleichgültig, ob die gesamte sen ist es ohne weiteres auch möglich, im Bedarfsfall Gammastrahlung oder ob die Messung der kurzlebi- eine in der Zeichnung nicht wiedergegebene Vorrichgen Spaltproduktaktivität integral über bestimmte — tung anzuordnen, durch die die Probe so in Umzweckmäßig allerdings große — Energieintervalle drehung versetzt wird, daß nach vorgegebener zeiterfolgt. Wird die Messung nicht über den gesamten 25 licher Folge jeder Bereich der Meßprobe vor die Gammastrahlungsbereich erstreckt, so ist dadurch in Kollimatoröffnung gedreht wird. Das zu untervielen Fällen eine besonders hohe Meßgenauigkeit suchende Brennelement oder der Probekörper wird erzielbar. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß nach einer kurzen Messung in der Meßstelle A mitder Erfindung besteht darin, daß trotz einer Meß- tels einer Transportvorrichtung 5 in die Meßstelle B genauigkeit, die größer als ± 3 % ist, eine Meßfolge 30 innerhalb einer Bleikammer 6 gebracht. Die Transvon einer Probe in 5 see erreicht wird. Dies ist in portvorrichtung zwischen den beiden Meßstellen A erster Linie von Bedeutung bei der Abbrandbestim- und B ist zweckmäßig so ausgelegt, daß die Aktivität mung von Brennelementen von Leistungsreaktoren, der Proben auf dem Transport zwischen den Meßdie einen sehr hohen Durchsatz an Brennelementen stellen A und B das Meßergebnis in den Meßstellunhaben, z. B. bei Kugelhaufenreaktoren. 35 gen nicht beeinträchtigt. Die Abschirmung der beiden

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Meßköpfe gegeneinander und gegen die Proben kann Verfahrens gemäß der Erfindung besteht in der An- beispielsweise durch die Anordnung entsprechender Ordnung von zwei Szintillationszählern mit einem Bleimassen erreicht werden. Sie kann auch durch entnachgeschalteten an sich bekannten elektronischen sprechende Wahl des Abstandes erzielt werden.
System zur integralen Messung der Spaltproduktakti- 40 Die Meßeinrichtung innerhalb der Bleikammer 6 vität mit einem Registrier- und Datenverarbeitungs- ist genau so aufgebaut wie die Meßeinrichtung innersystem zur automatischen Auswertung der Meßergeb- halb der Kammer 2. In der Meßstellung B wird nach nisse, wobei die Szintillationszähler in an sich einer genau einstellbaren Verzögerungszeit eine bekannter Weise so angeordnet sind, daß die Streu- zweite Messung vorgenommen. Die Differenz der strahlung die Messungen nicht beeinträchtigt. Eine 45 Zählraten der Messungen in A und B ist dann ein ähnliche Vorrichtung, bei der zwei Szintillationszähler Maß für die Masse des spaltbaren Materials. Wenn mit einem nachgeschalteten elektronischen System sie gemäß der Erfindung mit den Meßwerten eines zur integralen Messung der Spaltproduktaktivität mit Eichelements verglichen wird, das in großen Zeiteinem Registriersystem zur automatischen Auswer- abständen den gleichen Bestrahlungs- und Meßzyklus tung der Meßergebnisse angeordnet sind, und bei dem 50 durchläuft, so erhält man den Spaltstoffgehalt der zur Registrierung der Meßergebnisse ein Drucker Probe.

vorgesehen ist, ist zwar bereits aus der britischen Zur Durchführung der Messung werden die Szin-Patentschrift 807 048 bekannt. Doch war die be- tillationszähler von einer Hochspannungseinheit 7 verkannte Vorrichtung bisher hauptsächlich zur Anzeige sorgt. Die Ausgangsimpulse des Zählers werden in an und Wiedergabe der Aktivität von Gasen in Wärme- 55 sich bekannter Weise jeweils durch einen Linearveraustauschern für graphitmoderierte Kernreaktoren stärker 8 verstärkt und anschließend in einen Totzeitverwendet worden. analysator 9 sowie in einen Einkanaldiskriminator 10

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Vor- eingespeist. Von dem Einkanaldiskriminator 10 gerichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der langen nur Impulse aus einem vorgewählten Energie-Erfindung besteht in der Anordnung eines Szintilla- 60 intervall in das Zählgerät. Die Information aus den tionszählers mit nachgeschaltetem elektronischen beiden Zählgeräten 11 wird in einem Datenverarbei-System zur integralen Messung der Spaltprodukt- tungs- und Registriersystem 12 unter Korrektur der aktivität, wobei zur Registrierung der Meßergebnisse von dem Totzeitanalysator 9 zugeführten Werte mit ein Drucker vorgesehen ist. Die Verwendung der vor- den Ergebnissen der Messung der Standardprobe mit bezeichneten Ausführungsform zur Durchführung des 65 bekanntem Spaltstoffgehalt verglichen.
Verfahrens gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß Um einen genauen Zeitablauf zu gewährleisten, die Probe oder das Brennelement während der Mes- sind außerdem ein Meßzeitgenerator 13 und ein sung in der gleichen Meßposition bleiben. Pausenzeitgenerator 14 vorgesehen. Die Meßzeit in

der Meßposition A ist wesentlich kürzer als die Zeit, die für den Transport von A nach B benötigt wird. So können während des Transports von A nach B bereits weitere Proben in A gemessen werden. Daher muß das Datenverarbeitungssystem 12 so ausgelegt sein, daß bei der Differenzbildung die sich jeweils entsprechenden Zählraten voneinander abgezogen werden. Außerdem dient das Datenverarbeitungssystem 12 dazu, die Synchronisation des Bestrahlungszyklus und des Meßzyklus zu überwachen und zu steuern.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsfonn der Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens dargestellt. Der wesentliche Unterschied gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsfonn besteht darin, daß nur ein Szintillationszähler verwendet wird. Dabei ist es ohne weiteres möglich, statt eines Datenverarbeitungs- und Registriersystems ein den Erfordernissen entsprechendes Steuergerät 16 und einen Drucker 17 zu verwenden. Die Differenzbildung kann hier rechnerisch aus den durch den Drucker registrierten Werten erfolgen oder durch ein vor- und rückwärts zählendes Zählgerät. Diese vereinfachte Ausgestaltung der Vorrichtung führt zu einer Verringerung des zur Herstellung erforderlichen Kostenaufwandes. Bei der Durchführung der Messungen bleibt die Probe dabei in der gleichen Meßposition.

In Fig. 3 ist schematisch der Aufbau einer Abbrandmeßanlage für einen Kugelhaufenreaktor wiedergegeben. Nach der Darstellung wird das Brennelement nach dem Verlassen des Reaktors 18 im Anschluß an eine kurze Abklingzeit in eine Vorsortiereinrichtung 19 eingeschleust. Dort werden in an sich bekannter Weise durch grobe Messung der Aktivität die Moderatorelemente von den Brennelementen abgetrennt. Von der Vorsortiervorrichtung 19 werden die Moderatorelemente dem Reaktor über die Transporteinrichtung α wieder zugeführt. Die Brennelemente werden über die Transporteinrichtung b zunächst in die an sich bekannte Nachbestrahlungseinrichtung 20 befördert. Sie werden dort während einer vorgegebenen kurzen Zeit nachbestrahlt und über die Transporteinrichtung c in die erste Meßposition A gebracht. Nach genau festgelegter Verzögerungszeit wird die Probe in der zweiten Meßstelle B noch ein zweites Mal ausgemessen. Die Differenz der Zählraten aus den Messungen A und B ist dann unter Berücksichtigung der erforderlichen Korrekturen ein Maß für den Spaltstoffgehalt. Dann werden sie — wie oben ausgeführt — mit den Meßwerten eines Eichelements verglichen.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, werden die Brennelemente im Anschluß an die beiden Messungen zu der Weiche 21 befördert, von wo aus das untersuchte Brennelement je nach Abbrandzustand in den Abklingbehälter über d oder über die Transporteinrichtung e in den Reaktor befördert wird. Der zeitliche Verlauf für den Bestrahlungszyklus und für den Meßzyklus wird in an sich bekannter Weise mittels der zentralen Steuereinheit 22 gesteuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 bekannt. Man hat dabei eine Gesamtabsorptionsmes- Patentansprüche: sung oder aber auch Reaktivitätsmessungen oder gammaspektrometrische Meßverfahren angewendet.

1. Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an Aus der britischen Patentschrift 917 776 ist ein spaltbarem Material in aus Kernreaktoren ent- 5 Verfahren zur Bestimmung des Gehalts an spaltbarem nommenen Brennelementen oder Brennstoff- Material in Brennelementen von Kernreaktoren, proben, bei dem Brennelemente oder Brennstoff- Brennstoffproben od. dgl. bekannt, bei dem die Brennproben bestrahlt sowie die dadurch bewirkte elemente oder die Probekörper nachbestrahlt werden Kernstrahlung gemessen und mit der Kernstrah- und im Anschluß daran ein für den Spaltstoffgehalt lung eines in gleicher Weise bestrahlten Probe- io charakteristischer Meßwert sowie der entsprechende körpers mit bekanntem Gehalt an spaltbarem Meßwert eines Probekörpers mit bekanntem Spalt-Material verglichen wird, dadurch gekenn- stoffgehalt miteinander verglichen werden. Bei diesem zeichnet, daß im Anschluß an die Bestrahlung bekannten Verfahren wird eine starke Neutronender Aktivitätsabfall der Kernstrahlung sowohl der quelle benötigt, die einen Neutronenfluß von 10⁷ bis Brennelemente oder Brennstoffproben als auch 15 10⁸ n/cm² see liefern muß. Der Betrieb von Neutrodes Probekörpers innerhalb eines vorgegebenen nenquellen ist jedoch mit hohen Betriebsunkosten ver-Zeitintervalls gemessen wird. bunden. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Nach-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- teil, daß der Nachweis von Neutronen und Spaltrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die gammaquanten durch primäre Neutronen und den Anordnung von zwei Szintillationszählern mit 20 hohen Gammauntergrund der bestrahlten Brenneinem nachgeschalteten an sich bekannten elek- elemente erheblich gestört wird.

ironischen System zur integralen Messung der Nach einem weiteren bekannten Vorschlag wird zur Spaltproduktaktivität mit einem Registrier- und Abbrandbestimmung die Reaktivitätsänderung eines Datenverarbeitungssystem zur automatischen Aus- multiplizierenden Systems auf Grund einer eingewertung der Meßergebnisse, wobei die Szintilla- 25 brachten Spaltstoffmenge gemessen. Hierbei ist die tionszähler in an sich bekannter Weise so ange- Anordnung eines besonderen Meßreaktors erforderordnet sind, daß die Streustrahlung die Messungen Hch, dessen Erstellung und Unterhaltung mit hohen nicht beeinträchtigt. Unkosten verbunden ist. Zwar ist es nach diesem

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Vorschlag möglich, Abbrandmessungen durch Reakrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die 30 tivitätsänderung in schneller Reihenfolge mit verhält-Anordnung eines Szintillationszählers mit einem nismäßig hoher Genauigkeit durchzuführen, doch nachgeschalteten elektronischen System zur inte- muß in Kauf genommen werden, daß die Reaktivitätsgralen Messung der Spaltproduktaktivität, wobei änderung und damit die Meßgenauigkeit mit abnehzur Registrierung der Meßergebnisse ein Drucker mender Masse des Spaltstoffes gleichfalls abnimmt, vorgesehen ist. " 35 Daher ist diese Methode auf kleine Mengen spaltbaren Materials nicht anwendbar.

Für die Anwendung gammaspektrometrischer Ver-

fahren ist der Einsatz hochauflösender Detektoren

od. dgl. erforderlich. Bei der Verwendung dieser Ge-40 rate beträgt die notwendige Meßzeit einige Minuten.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Nachteilig ist auch, daß mit diesen Geräten bei der eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Abbrandbestimmung nur eine verhältnismäßig gespaltbarem Material in aus Kernreaktoren entnom- ringe Genauigkeit erzielbar ist. Ein weiterer beachtmenen Brennelementen oder Brennstoffproben, bei licher Nachteil besteht darin, daß diese bekannten dem Brennelemente oder Brennstoffproben bestrahlt 45 Geräte verhältnismäßig teuer sind,
sowie die dadurch bewirkte Kernstrahlung gemessen Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und mit der Kernstrahlung eines in gleicher Weise und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Menge an bestrahlten Probekörpers mit bekanntem Gehalt an spaltbarem Material, insbesondere zur Bestimmung spaltbarem Material verglichen wird. des Abbrands in Brennstoffproben oder in Brenn-

Durch die Bestimmung des Gehaltes an spaltbarem 50 elementen, zu schaffen, durch die beliebige Spaltstoff-Material soll beispielsweise sichergestellt werden, daß mengen bestimmbar sind. Bei schneller Meßfolge soll in einem Kernreaktor eingesetzte Brennelemente bis außerdem eine hohe Meßgenauigkeit erzielt werden. zu einem vorbestimmten Abbrand im Reaktor ver- Dennoch soll die Abbrandbestimmung auf wirtschaftbleiben. Sobald die vorbestimmte Grenze des Ab- liehe Weise durchführbar sein. Die zur Durchführung brands erreicht ist, muß das Brennelement aus dem 55 der Abbrandbestimmung erforderliche Vorrichtung Reaktor entnommen und im Anschluß daran auf- soll eine hohe Betriebssicherheit aufweisen,
bereitet werden. Die möglichst genaue Einhaltung Diese Aufgabe zu lösen, geht die Erfindung von dieser Grenze ist deshalb erforderlich, weil ein zu weit der Erkenntnis aus, daß bei der Nachbestrahlung einer gehender Abbrand die Reaktivität des Reaktors un- Probe oder eines Brennelements kurzlebige Folgegünstig beeinflußt oder aber eine Beschädigung des 60 produkte von bereits vor der Nachbestrahlung vorBrennelements zur Folge hat. Eine vorzeitige Wieder- handenen Spaltprodukten nicht erzeugt werden. Die aufbereitung verursacht unnötige Kosten. Differenz der zu zwei verschiedenen Zeitpunkten er-

Aus diesem Grunde werden insbesondere bei Lei- mittelten Meßgrößen einer nachbestrahlten Probe ist

stungsreaktoren Brennelemente während des Reak- somit proportional der Masse des noch vorhandenen

torbetriebs kontinuierlich ausgewechselt und einer 65 spaltbaren Materials.

Abbrandmessung unterworfen. Um den Gehalt an spaltbarem Material in aus

Verfahren und Einrichtungen zur zerstörungsfreien Kernreaktoren entnommenen Brennelementen oder

Bestimmung des Abbrands von Brennelementen sind Brennstoff proben zu bestimmen, wird bei einem Ver-