DE1807801C3 - Einrichtung zum Feststellen von Gasen, insbesondere von Spaltgasen, im Kühlkanal eines mit einer Flüssigkeit gekühlten Kernreaktor-Brennelements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Faststellen von Gasen, insbesondere von Spaltgasen, im Kühlkanal eines mit einer Flüssigkeit gekühlten Kernreaktor-Brennelements, bestehend aus einem Zyklon, das dem Kühlmittel in dem Kanal eine Rotationsbewegung aufzwingt, und einer im Zyklonzentrum vorgesehenen Detektionseinrichtung für die Gase.

Für die Überwachung von natriumgekühlten, schnellen Kernreaktoren ist die frühzeitige Entdeckung und Lokalisierung von Hüllrohrschäden an einzelnen Brennstoffelementen besonders wichtig.

Aus der US-PS 32 34 101 ist eine Einrichtung zum Feststellen von aus defekten Brennstäben austretenden Spaltgasen bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung werden die Gase im Zentrum einer Zyklonsirömung gesammelt und in einem darüber angeordneten Behälter aufgefangen. Von dort werden sie zum Nachweis zu einer geeigneten Detektionseinrichtung geleitet.

Bei einer weiterhin bereits bekannten Meßeinrichtung (EVANS, P.B.F.: »Instrumentation Problems in P.F.R.« Memorandum Reactor Engineering Laboratory, Risley, Lecture No. 53) werden ebenfalls die bei einem Hüllrohrschaden in das Kühlmittel strömenden Spaltgase auf der Kühlmittelaustrittsseite infolge der Zentrifugenwirkung des Zyklons im Zyklonzentrum angesammelt. Die Anwesenheit von Gas sollte nach diesem Vorschlag durch eine Druckmeßeinrichtung die über Kapillarrohre beaufschlagt wird und die auf die Änderung des statischen Druckes im Zyklon bei Anwesenheit von Gasen reagiert, festgestellt werden. Die Druckmessung bereitet jedoch erhebliche technische Schwierigkeiten z. B. durch Verstopfen der langen Kapillarrohre, so daß dieses Prinzip bisher wegen seinen Nachteilen nicht zur Anwendung gelangt ist.

Eine Detektionseinrichtung zur Messung der Kühlverhältnisse in Brennelementkassetten ist ebenfalls bekannt (»Kernenergie« 11. Jahrgang, Heft 3, [1968], Seiten 72 und 73), wobei die eigentliche Sonde beheizt ist und die Temperaturunterschiede zwischen Sondenwand und Kühlmittel mittels eines Thermoelementes bestimmt werden. Diese bekannte Detektionseinrichtung muß jedoch anstelle eines Brennelementes in den Reaktorkern eingeführt werden und vermag daher gerade das betreffende Brennelement nicht mehr zu überwachen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat nun die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Einrichtung zum Überwachen von mit Flüssigkeit gekühlten Kernreaktor-Brennelementen, insbesondere zur Entdeckung lokaler Brennelementstörungen bei mit Natrium gekühlten, schnellen Brutreaktoren zu schaffen, die eine hohe Empfindlichkeit und eine sehr kurze Ansprechzeit hat, um im Schadensfalle den Kernreaktor schnellstmöglich abschalten zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in das Zentrum des Zyklons ein beheiztes Thermoelement als Detektionseinrichtung eingesetzt wird. Zur Beheizung kann das Thermoelement in einen Körper eingebettet sein, der spaltbares Material enthält. Anstelle dessen ist jedoch auch eine elektrische Beheizung — z. B. in Form eines Mantelheizleiters — möglich.

Für die Detektion werden hierbei die unterschiedlichen Kühlunpseigenschaften von Gas und Flüssigkeit ausgenutzt. Bei Anwesenheit von Gas anstelle von Natrium im Zentrum des Zyklons zeigt das Thermoelement wegen der stark verschlechterten Wärmeabfuhr einen raschen, annähernd linearen Temperaturanstieg. Infolge der schnellen Ansprechzeit dieser Einrichtung ist es möglich, Hüllrohrschäden innerhalb weniger als einer Sekunde zu entdecken und zu lokalisieren. Dadurch kann der Reaktor rechtzeitig abgeschaltet werden, ehe durch eine weitere Vergrößerung des Schadens ein gefährlicher Betriebszustand entsteht. Die Meßeinrichtung kann so gestaltet werden, daß der Temperaturfühler ausgewechselt werden kann. Außerdem wird die Funktionsfähigkeit des Fühlers nicht durch die Anwesenheit von Natrium beeinflußt und kann auch während des Betriebes laufend überprüft werden. Normalerweise, d. h. in Abwesenheit von Gas, kann der Temperaturfühler zur Messung der Natrium-Austrittstemperatur benutzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Skizze erläutert:

Die Figur zeigt einen Ausschnitt eines Kühlkanals 1, der von flüssigem, durch ein Brennelement (nicht dargestellt) erhitztein Natrium in Pfeilrichtung durchströmt wird. Das Zyklon wird von zwei in axialem Abstand gehaltenen Strömungsleitkörpern 2,3 gebildet, von denen der eine Leitkörper 2 das Kühlmittel in Rotation versetzt, während der zweite Leitkörper 3 die Strömung für den weiteren Transport wieder glättet. Tritt nun infolge eines Hüllrohrschadens Spaltgas in das Kühlmittel ein, so sammelt es sich im Bereich der Rohrachse 4 zwischen den beiden Leitkörpern 2 und 3 an. Damit verbunden ist ein Temperaturanstieg des beheizten Thermoelementes 5, das in diesen Gasraum hineinragt und dessen Leitungen in einem Schutz- und Montagerohr aus dem Reaktorbehälter heraus zu einem Meßgerät (nicht dargestellt) geführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Feststellen von Gasen, insbesondere von Spaltgasen, im Kühlkanal eines mit einer Flüssigkeit gekühlten Kernreaktor-Brennelements, bestehend aus einem Zyklon, das dem Kühlmittel in dem Kanal eine Rotationsbewegung aufzwingt, und einer im Zyklonzentrum vorgesehenen Detektionseinrichtung für die Gase, gekennzeichnet durch ein beheiztes Thermoelement (5) als Detektionseinrichtung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement in einen spaltbares Material enthaltenden Körper eingebettet isu

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement elektrisch, z. B. mit einem Mantelheizleiter, beheizt ist.