DE19542330A1 - Anordnung zur Leckfeststellung an einem Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Leckfeststellung an einem Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor (PWR) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es gibt im wesentlichen zwei moderne Verfahren zur Leckfest­ stellung bei einem Brennelement für einen Leichtwasserkern­ reaktor. "INMAST-sipping" für PWR-Reaktoranlagen (PWR = Pressurized-Water-Reactor) und "TELESCOPE-sipping" für BWR- Reaktoranlagen (BWR = Boiling-Water-Reactor).

Ein auftretendes Leck führt dazu, daß das Reaktorwasser und folglich die verschiedenen Teile des Primärkreises des Reak­ tors mit radioaktiven Fissionsprodukten verunreinigt werden. Wenn eine Verunreinigung des Reaktorwassers festgestellt wird oder vermutet wird, daß eine Verunreinigung stattgefun­ den hat, ist es von größter Bedeutung, das Leck zu lokalisieren, damit leckende Brennelemente ersetzt und später repariert werden können. Ein Brennelement enthält gewöhnlich viele Brennstäbe.

Das sogenannte INMAST-sipping wird für PWR-Reaktoranlagen angewendet und ist ein Saugverfahren bekannter Art, bei dem eine sogenannte On-line-Gasfeststellung stattfindet.

Bei dem INMAST-sipping wird das leckverdächtige Brennelement in eine Saughaube gehoben, die vorzugsweise von dem Mast der Brennstofflademaschine gebildet wird. Von den vom Brennele­ ment abgegebenen Fissionsgasen werden im oberen Teil der Haube Proben genommen, die anschließend in einer Gas fest­ stell-Vorrichtung geprüft werden. Das Gasvolumen, an welches eine gewisse Menge von Fissionsgasen aus einem beschädigten Brennelement abgegeben wird, ist recht groß. Dies hat zur Folge, daß die Feststellungsempfindlichkeit recht niedrig ist.

Die FR-A-2509898 beschreibt eine Brennstoffleckfeststellung für einen PWR, bei welcher das Brennelement, welches in eine Saughaube gezogen wird, mehrere Meter über den Reaktorkern gehoben wird, um den inneren relativen Druck der Stäbe im Verhältnis zum Wasserdruck zu erhöhen, wobei jedoch das Brennelement weiterhin vom Wasser umgeben bleibt. Das an das Wasser und dann an das Gasvolumen über dem Wasserspiegel in der Saughaube abgegebene Gas wird aus dem oberen Teil der Saughaube abgesaugt, die dann mit Ausnahme der Gassaugvor­ richtung verschlossen ist. Der mögliche Gehalt an radioak­ tiven Fissionsprodukten in dem abgesaugten Gas wird unter­ sucht. Die Feststellungsempfindlichkeit ist recht niedrig. Um diese zu vergrößern, wird ein Gasstrom von unten nach oben durch das Wasser gedrückt, welches das in der Saug­ glocke befindliche Brennelement umgibt. Die Feststel­ lungsempfindlichkeit ist aber trotz dieser Maßnahme recht gering.

Bei dem sogenannten TELESCOPE-sipping, welches völlig BWR- Reaktoranlagen angepaßt ist, wird eine große Menge des das beschädigte Brennelement umgebenden Wassers über ein auf dem oberen Teil des Brennelements plaziertes Mundstück oder einer um das obere Teil des Brennelements plazierten Haube abgesaugt, wobei das Brennelement mittels eines Greifers an der Telescopmastvorrichtung aus dem Reaktorkern herausge­ hoben ist. Das über das Mundstück abgepumpte Wasser wird einem Meßkreis mit kleinem Volumen zugeführt. Das Wasser wird entgast, um eine On-line-Gasprüfung durchzuführen. Das Prüfverfahren hat eine hohe Meßempfindlichkeit.

Diese Art des Saugens wird in der schwedischen Patentschrift 91015065 beschrieben, gemäß derer eine Saugglocken- oder eine Mundstückvorrichtung in dem Bereich um den Greifer am oberen Teil des angehobenen Brennelements plaziert wird. Eine Pumpe saugt Wasser aus dem Bereich ab. Das Brennelement einer BWR-Reaktoranlage ist in sich selbst gegenüber der Umgebung verschlossen, so daß das von dem Mundstück abgepumpte Wasser zu einem großen Teil von dem durch das In­ nere des Brennelements strömenden Wassers stammt. Das ange­ hobene Brennelement wird mit Reaktorwasser durchspült und der Greifer wird abgespült. Dies ist auch der Fall, wenn das Brennelement, nachdem es in eine bestimmte vertikale Lage gehoben worden ist, in dieser Position festgehalten oder wieder heruntergelassen wird. Die Analyse der ausgetretenen Fissionsgase wird dann durchgeführt.

Die Brennelemente einer PWR-Anlage haben eine ganz andere, offene Struktur als die geschlossenen Brennelemente einer BWR-Reaktoranlage. Ein Mundstück am oberen Teil des Bren­ nelements eines PWR kann folglich nicht verwendet werden, um Wasser zu sammeln, welches die Brennstäbe in dem Brennele­ ment umströmt. Das angesaugte Wasser kommt von allen Seiten. Aus diesem Grunde müssen Brennelemente einer PWR-Anlage in einem geschlossenen Raum plaziert werden, wenn sie aus dem Reaktorkern herausgehoben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Leckfeststellung an einem Brennelement für einen Druck­ wasserkernreaktor zu entwickeln, welche eine hohe Empfind­ lichkeit hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zur Leckfest­ stellung an einem Brennelement für einen Druckwasserkern­ reaktor vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im Anspruch 1 genannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung wird der Gasmeßkreis bei einer INMAST- sipping-Vorrichtung durch einen Wasserprobenkreis ersetzt. Wasser, welches das zu untersuchende Brennelement umgibt und im Inneren eines Hebemastes angeordnet wird, wird von der Wasserinnenseite des Mastes zu einer Wasser-Gastrennvorrich­ tung gepumpt. Das abgeschiedene Gas wird dann on-line in der gleichen Weise untersucht wie bei dem sogenannten TELESCOPE- sipping für BWR-Anlagen.

Anhand der einzigen Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt schematisch ein Reaktorgefäß mit Brennelementen sowie ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Lademaschine für Brennelement für einen Druckwasserreaktor, 2 den Boden der Reaktorhalle, auf dem die Lademaschine verschiebbar angeordnet ist, 3 das Reaktorgefäß, 4 den Reaktorkern, 5 ein über dem Reaktorgefäß angebrachtes Becken mit Reaktorwasser und 6 das Reaktor­ wasser in dem Reaktorgefäß und dem Becken. Die Lademaschine ist mit einem Hebemast 7 ausgerüstet, der vorzugsweise teleskopierbar ist. Der Mast 7 ist zylindrisch und hat eine innere Kammer, die groß genug zur Aufnahme eines Brennele­ ments ist. Eine Greifvorrichtung 8 ist am Ende eines im In­ neren des Mastes 7 vorhandenen Drahtseils 8′ angebracht und so beschaffen, daß sie den Hebegriff eines Brennelementes 9 ergreifen kann, welches in dem gezeigten Fall mittels eines Motors 11 gerade aus dem Reaktorkern in den Mast hineingezo­ gen wird. Der Mast wird nach oben bewegt, und das Brennele­ ment 9 wird in das Becken 5 gehoben, und zwar so, daß das Brennelement bis nahe an die Wasseroberfläche gelangt, aber vom Wasser 12 umgeben bleibt.

Der Mast verhindert, daß Wasser, welches das Brennelement passiert hat, sich in den Raum außerhalb des Mastes ausbre­ itet, was bedeuten würde, daß ausgetretene Fissionsprodukte für die Analyse verloren gehen würden. Ein Schlauch 14 oder eine andere Leitung erstreckt sich vom oberen Teil des Mastes 7 eine kurze Strecke bis unter die Wasseroberfläche innerhalb des Mastes aber oberhalb des Brennelementes 9. Die Leitung 14 enthält eine Pumpe 13, mit deren Hilfe Wasser aus dem Wasser 12 innerhalb des Mastes abgesaugt wird, der an seinem unteren Ende offen ist.

Das Reaktorwasser wird unter der Wirkung der Pumpe 13 veran­ laßt von unten in den Mast 7 einzuströmen, wie dies durch Pfeile angedeutet ist, und um das Brennelement 9 sowie durch das Brennelement 9 zu strömen. Das Brennelement bleibt die ganze Zeit unter der Wasseroberfläche.

Durch die Pumpe 13 wird Wasser zu einem Gasabscheider 22 gepumpt, in welchem das im Wasser vorhandene Gas durch Her­ absetzung des Druckes und der damit verbundenen geringeren Löslichkeit des Gases im Wasser ausgeschieden wird. Der Gasabscheider 22 enthält mindestens einen Gasraum 23, der ein kleines Volumen hat, sowie ein Wasserreservoir 24. Der Gasraum 23 und das Wasserreservoir 24 sind durch eine Wasserverschlußvorrichtung 25 voneinander getrennt. Um eine wirksamere Freigabe der in der Probe gemäß der Erfindung en­ thaltenen Gase zu erreichen, wird das Wasser mit Hilfe einer in dem Gasraum 23 angeordneten Sprühvorrichtung 26 bei der Zuführung des Wassers in den Gasabscheider 22 fein verteilt oder atomisiert.

Die aus dem Wasser entwichenen Gase, die möglicherweise gas­ förmige Fissionsprodukte enthalten, werden mit einem im Gasabscheider 22 vorhandenen Arbeitsgas gemischt und über einen Gaskreis 27 in eine Meßkammer 28 gepumpt, in welcher die Gase auf das Vorhandensein von gasförmigen Fissionspro­ dukten mit Hilfe eines Detektors analysiert werden, der Ra­ dioaktivität im Gas zu erkennen vermag. Das Meßergebnis kann auf einem Display 35 angezeigt werden. Das entgaste Wasser wird dem Wasserreservoir 24 zugeführt, wo im Wasser enthal­ tene Radioaktivität separat gemessen werden könnte (nicht dargestellt). Alternativ können Wasserproben an ein sepa­ rates Analyselabor gesandt werden. Das entgaste Wasser wird dann durch den Schlauch 36 in das Becken 5 zurückgeführt.

Im Falle geringer Radioaktivität der Wasserproben wird die Anreicherung an gasförmigen Fissionsprodukten im Meßsystem, die für Meßzwecke erforderlich ist, dadurch hergestellt, daß große Mengen von Wasserproben durch den Gasabscheider 22 gepumpt werden, in welchem das Wasser entgast wird. Der Gaskreis 27 enthält eine Pumpe 31, welche das im Kreis 27 und im Gasraum 23 vorhandene Gas durch den Gaskreis und den Gasraum 23 im Kreis pumpt, wodurch vorhandene gasförmige Fissionsprodukte angereichert werden.

Um sicherzustellen, daß der Meßkammer 28 zur Messung der Ra­ dioaktivität in den Gasen trockenes Gas zugeführt wird, en­ thält der Gaskreis 27 zweckmäßigerweise einen Feuchtigkeitsabscheider 32, einen Gastrockner 33 und eine Jodfalle 34 zwischen dem Gasraum 23 und der Meßkammer 28.

Während die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungs­ beispiels beschrieben wurde, versteht es sich für den Fach­ mann, daß verschiedene Änderungen vorgenommen und Bauteile durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Kern der Erfindung und ihren Schutzbereich zu verlassen. Zusätzlich können Änderungen vorgenommen werden, ohne von der wesentlichen Lehre der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen zum Ausdruck kommen, abzuweichen.

Claims (5)

1. Anordnung zur Durchführung einer Leckfeststellung an einem Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor, zu welcher Anordnung gehören:

• - eine im wesentlichen vertikale hohle Mastvorrichtung, in welche das zu untersuchende Brennelement einbringbar ist,
• - eine Vorrichtung zur Einführung des Brennelementes in das Innere der genannten Mastvorrichtung, von deren unterem Ende aus,
• - eine Vorrichtung zur Anhebung zumindest des Teils der genannten Mastvorrichtung, welcher das Brennelement ent­ hält, in eine Lage, in welcher das Brennelement sich nahe, aber unterhalb der Wasseroberfläche des Wassers in dem genannten Reaktorkern befindet,
• - eine Vorrichtung zum Absaugen von Wasser von einer Stelle innerhalb der Mastvorrichtung, die über dem Brennelement liegt,
• - eine Gasabscheidervorrichtung zur Abscheidung von Gasen, die sich in dem aus dem Inneren der Mastvorrichtung abge­ saugten Wasser befinden und
• - eine Gasanalysiervorrichtung zur Analysierung der Menge an gasförmigen Fissionsprodukten in dem abgeschiedenen Gas.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasanalysevorrichtung einen Gaskreis enthält, zu dem eine Pumpe gehört zum Pumpen von Gas, das sich in dem Gaskreis und einem Gasraum in der Gasabscheidevorrichtung befindet, durch den Gaskreis und den genannten Gasraum zur Anreicherung von gasförmiger Fissions­ produkten, die sich in dem aus dem Inneren der Mastvorrich­ tung abgesaugten Wasser befinden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wassersaugvorrichtung und der zugehörige Kreis zur Analyse von Fissionsprodukten so beschaffen sind, daß sie gasförmige Fissionsprodukte, die das gepumpte Wasser begleiten, zu erkennen vermögen, wobei die genannte Saugvorrichtung imstande ist, Wasser aus dem Inneren der Mastvorrichtung in den Kreis zur Feststellung von Fissionsprodukten zu liefern, zu welchem ein Flüs­ sigkeitsbehälter mit einem Überlauf gehört, wobei an den oberen Teil des Flüssigkeitsbehälters ein Gaserkennungskreis angeschlossener ist, der an den genannten Behälter zurückge­ führt wird zur Anreicherung der Fissionsgase in dem Gaserkennungskreis.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fis­ sionsgaserkennungskreis einen Gasabscheider enthält, der einen Gasraum und ein Wasserreservoir hat, die voneinander durch ein Wassersiel getrennt sind, daß eine Vorrichtung zur Feinverteilung des dem Gasraum zugeführten Wassers vorhanden ist, daß ein an diesen Gasraum angeschlossenen Gaskreis vorhanden ist und daß eine in dem Gaskreis liegende Meßkam­ mer vorhanden ist, welche das Auftreten gasförmiger Fission­ sprodukte mißt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gaskreis einen Feuchtigkeitsab­ scheider, einen Gastrockner und eine Jodfalle enthält, die stromaufwärts der Meßkammer angeordnet sind, gesehen in der Gaszuführungsrichtung.