DE2127989A1 - Reaktorkern-Überwachungseinrichtung zum Einfuhren in den Reaktor von außen - Google Patents

Description

PATENTANWALT

3. Juni 1971 Anw.-Aktei 27.16

PATENTANMELDUNG

Anmelder: THE BABCOCK & WILCOX COMPANY 161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017, U.S.A.

Titel: Reaktorkern-Überwachungseinrichtung zum Einführen in den Reaktor von außen.

Die Erfindung betrifft eine Reaktorkern-Überwachungseinrichtung zum Einführen in den Reaktorkern von außen. Sie erstreckt sich im allgemeinen auf die Instrumentierung von Kernreaktoren und insbesondere auf ein Reaktorkern-Überwachungssystem, bei dem der Neutronenfluß und/oder die Temperatur an Stellen entlang eines Durchtrittes durch den Kern durch Überwachungseinrichtungen gemessen wird.

Bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Überwachung der Verhältnisse in einem Reaktorkern tauchten

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Probleme beim Ausbau und beim Wiedereinbau der CoreInstrumentierung auf, wenn es notwendig wurde, die Brennstoffelemente zu überwachen oder zu ersetzen. Es gab weiterhin keine zweckmäßigen Mittel, um periodisch Instrumente zu eichen, die durch die Strahlungseinwirkung in ihrer Empfindlichkeit eine Änderung in ihren Anzeigewerten erfahren hatten,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_y eine Überwachungseinrichtung für den Kern eines Atomraktors zu schaffen, bei . dem der Neutronenfluß und/oder die Temperaturen an Stellen entlang eines Durchtrittes durch den ^Reaktorkern durch Meßgeräte innerhalb einer Meßinstrumenteneinrichtung gemessen werden und die jederzeit nachgeeicht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Überwachungseinrichtung aus Überwachungsgeräten besteht, die innerhalb einer in einem Kanal im Reaktorkern beliebig verfahrbaren länglichen Hülle angeordnet sind und die dazu dienen^ entsprechende physikalische Zustände innerhalb des Kerns zu messen und nach außen weiterzuleiten. Dazu ) sind viele Festkörper-Meßgeräte mit elektrischer Übertragung in der Hülle angeordnet. Diese Hülle ist seitlich elastisch, so daß sie Krümmungen innerhalb des Kanals überwinden kann, wenn sie hineingeschoben oder herausgezogen wird* Unter normalen Uberwachungsverhältnissen wird die verfahrbare Hüller innerhalb des Kanales bis zu einer Endlage im Reaktorkern geführt. Wenn der Wunsch besteht, din Kern zu warten oder umzubauen, kann die Instrumentenhülle aus dem Kern zurückgezogen werden, bis die Leitkante

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der Hülle in dem Durchtritt zu einer Stelle außerhalb des Reaktorkerns zurückgezogen ist. Eine vollständige Entfernung der Instrumentenhülle aus dem Kanal ist für eine Wartung des Kerns nicht erforderlich, obwohl dies für eine Reparatur oder eine Ersetzung τοη Brennelementen oder eine Ersetzung einzelner Meßgeräte leicht durchzuführen ist.

Die Überwachungsgeäte bestehen erfindungsgemäß mindestens aus einem Thermoelement und können eine Anzahl anderer Geräte, wie beispielsweise Neutronenfluß-Meßgeräte, Hintergrund-Strahlungsmeßgeräte oder dergleichen umfassen.

Um die Überwachung des Neutronenflußprofils zu erleichtern, werden die Neutronenfluß-Meßgeräte so angeordnet, daß sie den Neutronenfluß an entsprechenden, auf Abstand angeordneten Bereichen des Gores abtasten, wenn sich die Vorrichtung darin in ihrer Endlage befindet.

Eine Möglichkeit für die Eichung der Meßgeräte im Betrieb ist erfindungsgemäß dadurch vorgesehen, daß innerhalb der Instrumenteneinrichtung ein hohles Rohr eingeschlossen ist, das sich im wesentlichen über die volle Länge desselben erstreckt» Dieses Rohr nimmt an der Beschickungsstelle ein Neutronenfluß-Eich-Gerät auf, das benutzt wird, um periodisch die anderen Neutronenfluß-Meßgeräte zu eichen und ihre Empfindlichkeit in verschiedenen Stufen des Verbrauchs durch Neutronenbeschuß zu prüfen.

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Um eine kompakte, elastische Instrumenteneinrichtung zu erhalten, werden die leutronenfluß-Meßgeräte in einem-Winkel zueinander um das Eichwächter-Einsatzrohr herum angeordnet, wobei eine äußere Hülle das Bohr und alle Geräte umgibt.

Die Bewegung der Eicheinrichtung in dem Bohr wird durch einen mechanischen Antrieb bewirkt, der an dem Gerät angeschlossen ist und an der Beschickungsstelle betätigt werden kann, um nach Wunsch die Eicheinrichtung durch das Rohr zu bewegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen?

Fig. 1 einen schematischen Aufriß, teilweise im Schnitt,

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht der Leitkante der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung, wobei Teile der Außenabdeckung entfernt sind, um die inneren Konstruktionseinzelheiten zu zeigen,

Fig. 2b eine perspektivische Ansicht eines Längsteils, , das sich an das in Fig. 2a dargestellte Teil anschließt,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 der ^ig. 2a ,

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Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 2a,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 2a,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 2a,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlag der Linie 7-7 der Fig. 2b,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlag der Linie 8—8 der Fig. 2b,

Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 der Fig. 2b,

Fig. 10 eine Quersohnittsansicht entlang der Linie 10 der Fig. 2b,

Fig. 11 eine Längsschnittsansicht nach Fig. 1, 2a, 2b, und

Fig. 12 eine schemaitsche Längsansicht, die Einzelheiten eines typischen Antriebs zeigt, mit dem ein Eichgerät innerhalb der Instrumenteneinriohtung verfahren wird.

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In der Kernreaktoranordnung nach Fig. 1 ist ein Kanal 11 vorgesehen, der sich von einer Beschickungsstelle S außerhalb des Reaktors R in den Kern 12 erstreckt. Der Kanal

11 wird zweckmäßig durch ßohrstücke gebildet, die kontinuierlich druckfest verbunden sind, und kann eine oder

mehrere Krümmungen 13, 14 aufweisen, um entlang des biologischen Schildes B zu gehen, der zwischen dem Reaktor R und der Station S angeordnet ist.

Um physikalische Zustände, wie z.B. den Neutronenfluß und/oder die Temperatur an Stellen innerhalb des Kernes

12 zu messen, wird eine längliche Einrichtung X in einer Hülle in den Kanal 11 an der Beschickungsstelle S eingesetzt und in Längsrichtung hindurchgeführt, bis die Leitkante der Einrichtung X an einer vorher bestimmten Endlage innerhalb des Kernes 12 ankommt. Die Einrichtung X hat eine ausreichende seitliche Elastizität, um die Krümmungen 13, 14 in dem Kanal 11 ohne übermäßige Beanspruchung zu bewältigen. Die Uberwachungsfunktionen der

|l Einrichtung X werden durch eine Vielzahl Festkörper-Geräte wahrgenommen, die betätigt werden können, um Entsprechende Fluß-Temperaturbedingungen, die im Core 12 herrschen, zu messen und zugehörige elektrische Ausgangssignale zu bilden, die die gemessenen Verhältnisse darstellen.

Wie man besser den Fig. 2a, 2b und 3 Mfl 10 entnehmen kann,

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schließen die Geräte der Einrichtung X ein Thermoelement 21, einen HintergrundStrahlungswächter 22 und eine Gruppe von sieben Strahlungswächtern 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 ein, welche den Neutronenfluß messen. Alle diese Meßinstrumente 21 bis 29 sind winklig zueinander um ein hohles Rohr 30 angeordnet, welches auf im wesentlichen der gesamten Länge der Einrichtung X verläuft. Für jeden gegebenen Anwendungsfall der Erfindung können die Anzahl und die Kombination der Meßgeräte, d. h. Thermoelement, Hintergrundstrahlungswächter, Neutronenflußstrahlungsmesser usw., je nach Bedarf geändert werden.

Eine Außenhülle 31 umgibt das Rohr 30, die Wächter 21-fcis 29 und die Abstandshalter 32, welche verwendet werden, um ein Verschj&en der Meßinstrumente 21 bis 29 in dem Ringraum zwischen dem Rohr 30 und der Hülle 31 zu vermeiden.

Der Einfachheit halber ist das erfindungsgemäße Kern-Überwachungssystem in der Zeichnung als ein solches dargestellt, das nur eine Instrumenteneinrichtung X aufnimmt,, welche Geräte 21 bis 29 besitzt, die die Zustände des Kernes 12 in Längsrichtung des Kanals zwischen der Oberkante und der Unterkante des aktiven Kerns 12 messen, d. h. entlang eines einzelnen axial gerichteten Wegs. Es ist darauf hinzuweisen, daß ein solches Coreüberwachungs-Grundsystem wunsßhgemäß durch Wiederholung der aus Kanal 11 und Einrichtung X bestehenden elementaren Kombination erweitert

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werden kann, um eine axiale Fluß- oder Temperaturprofilüberwachung an mehr als einer radialen Stelle im Core 12 zu ermögliohen.

Um Daten zu erhalten, die ausreichen, ein Coreflsßprofil entlang der Achse des Durchtritts 11 aufzustellen, werden die Neutronenflußwäehter 23 bis 29 so gebaut, daß sie den Neutronenfluß in einem begrenzten axialen Längenbereich messen, und zwar in einer Größenordnung von ein paar Zoll, wie durch die Längen und die axiala Teilung ihrer einzelnen Geräte festgelegt wird. Festkörper-Neutronenflußmeßgeräte, die solche Funktionen wahrnehmne können, sind im allgemeinen an sich bekannt; Einzelheiten über ihren Aufbau sind in den US-Patenten 3 375 370 und 3 400 289 zu finden.

Ein typisches Meßgerät 23 bis 29 besteht aus einem Geber, der bei Beschüß durch Neutronen Elektronen aussendet, einen Kollektor und einen Isolator, der zwischen dem Geber und dem Kollektor angeordnet ist. Wie es im Falle der Erfindung zweckmäßig ist, sind der Geber und sein Leitungsdraht koaxial innerhalb eines rohrförmigen Kollektors angeordnet, der an seinem Ende innerhalb des Gores geschlossen ist und mit dem Geberdraht sich bis etwas oberhalb des außerhalb des Gores liegenden Endes der Einrichtung X erstreckt, um den Anschluß an nicht dargestellte Überwachungs- und/oder Meßgeräte bei der Besohickungsstelle S herzustellen. Die Länge eines Gebers entspricht der axialen

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Länge des Abtastbereichs des betreffenden Meßgerätes

23 bis 29 und beginnt geringfügig hinter dem geschlossenen

Ende des Kollektors.

Das Hintergrundstrahlungs-Meßgerät 22 ist im Aufbau ähnlich den Neutronenfluß-Meßgerät 23 bis 29, nur hat das Hintergrund-Meßgerät 22 als Geber ein kontinuierliches Leitungsdrahtstück, während die Geräte 23 bis 29 ein kurzes Stück (etwa 4 Zoll lang) eines hoch empfindlichen Stabs oder Drahts, z. B. Bhodium, als Geber haben, der am Ende an einen Leitungsdraht angeschlossen wird, welcher gegenüber einem Neutronenbeschuß eine viel niedrigere Empfindlichkeit besitzt (ausgedrückt als Elektronenaussendung).

Das Thermotlement 21 weist eine Schutzhülle auf, z. B. aus nichtrostendem Stahl oder Inconel, ähnlich derjenigen, die als Kollektorrohr bei den Geräten 23 bis 29 verwendet wird. Um die Tesperatur oben am aktiven Core abzutasten, wird das Anschlußende des Thermoelements 21 in einen Abstandsraum eingeführt, der duroh einen Bolzen 33 gebildet wird; gegen Abrieb wird es durch die Spitze 34 des Bolzens 33 geschützt. Das Bohr 3Θ und die Hülle 31 werden durch Schweißen an den Stopfen 33 angeschlossen.

Da die Geräte 22 bis 29 bzw. ihre jeweiligen Enden im Kern (Gore) in Längsrichtung auf Abstand zueinander innerhalb der Einrichtung X angeordnet sind, um den Neutronenfluß an entsprechend auf dem Abstand liegenden Bereichen des

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Cores 12 zu messen, wenn die Einrichtung X bis in ihre Endlage darin eingeführt ist, werden die Abstandshalter 32 zwischen den Enden der Geräte 22 bis 29 im Core und dem Stopfen 33 eingesetzt. Die Abstandshalter 32 bestehen aus der gleichen Rohrart wie die Kollektoren der Geräte 22 bis 29; die Länge eines jeden Abstandshalters 32 ist diejenige, welche erforderlich ist, um zwischen den Stopfen 33 und das Ende der entsprechenden ausgerichteten Geräte 22 bis 29 zu passen.

So sind z. B. an dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt der Einrichtung X keine Geräte 22 bis 29 so weit vorn; infolgedessen enthält der Querschnitt der Einrichtung X nur das Thermoelement 21. An dem in Fig. 4 dargestellten Querschnitt enthält der Querschnitt weiterhin das Hintergrundgerät 22 und das Neutronenmeßgerät 23, während die Abstandshalter 32 vor solchen Geräten 22 und 23 vor der Linie 4-4 zuende gehen, so daß sie in Fig. 4 nicht erscheinen. In einer ähnlichen Weise ist das Gerät 24 der Kombination zwischen den Linien 4-4 und 5-5 hinzugefügt, das Gerät 25 zwischen den Linien 5-5 und 6-6, das Gerät 26 zwischen den Linien 6-6 und 7-7» das Gerät 27 zwischen den Linien 7 - 7 und 8 -.8, das Gerät 28 zwischen den Linien 8-8 und 9-9 sowie das Gerät 29 zwischen den Linien 9-9 und 10-10,

Da der !Reaktorkern 12 gewöhnlich Druckmedium zur Kühlung enthalten wird, werden das Rohr 35» das den Kanal 1T

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darstellt, und die Einrichtung X an der Beschickungsstelle S abgedichtet, um das Austreten eines solchen Mediums zu verhindern.

Die in Fig. 11 dargestellte typische Abdichtungsanordnung besteht aus einem Gehäuse 41, das an das Rohr 35 bei der Beschickungsstelle S geschweißt ist. Innerhalb des Gehäuses 41 ist ein Flansch 42 an dem Ende der Hülle 31 dichtgeschweißt. Ein Druckflansch 43 drückt den Flansch 42 in Abdichtung mit dem Gehäuse 41, wodurch jede Leckage aus dem Baum zwischen der Hülle 31 und dem Rohr 35 vermieden wird.

Das Rohr 30, das vorgesehen ist, um den Einsatz eines nicht dargestellten Eichwächters in der Einrichtung X zu ermöglichen, erstreckt sich über das Gehäuse 41 hinaus, wie das auch bei den Kollektorhüllen und Leitungsdrähten der Geräte 22 und 29 und des Thermoelements 21 der Fall ist (siehe die Fig. 12).

Um eine zweckmäßige Übertragung der elektrischen Ausgangssignale der Geräte 22 bis 29 und des Thermoelementes 21 zu ermöglichen, werden die Leitungsdrähte und die Kollektorhüllen derselben an Klemmen eines herkömmlichen Mehrleitersteckers 44 angeschlossen.

Die Erfindung sieht die Verwendung eines Eichgerätes vor, das im Aufbau im allgemeinen den Neutronenmeßgeräte 23 bis

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29 ähnlich ist, in ähnlicher Weise arbeitet, jedoch in Längsrichtung innerhalb des Rohrs 30 beweglich und γόη einer Kollektorhülle 45 umschlossen ist.

Angesichts der erforderlichen Beweglichkeit des Eichgerä-. tes besteht die Kollektorhülle 45 oder wenigstens der

außerhalb des Cores gelegene Teil der Hülle aus einem Rohr, das auf seiner Außenseite so ausgebildet ist, daß es eine Gewinde- oder Sehneckenform aufweist, wie es in Fig. 1.2 * dargestellt ist. . -

Die seitliche Elastizität der Einrichtung X hängt von den Steifigkeitswerten der Geräte 21 bis 29, des Eichgerät-Führungsrohrs 30, der Abstandshalter 32 und der Hülle ab. Die sich ergebende Elastizität der Einrichtung X kann ausreichend gestaltet werden, um den Krümmungen im Kanal 131 zu folgen, und zwar durch entsprechende Wahl der Querschnittsgrößen und Materialien für die Teile 21 bis 32 sowie durch Anwendung bekannter Konstruktionstechniken. y Dem Fachmann wird es somit klar, daß die für die Elastizität der die Einrichtung X bildenden Teile 21 bis 32 ausschlaggebenden Größen für einen bestimmten Mindestkrümmungsradius des Kanals 11 ausgewählt werden können oder daß umgekehrt der Mindestkrümmungsradius ia Kanal gewählt werden kann, um für die seitliche Elastizität der nach einer bestimmten Konstruktion gebauten Einrichtung X geeignet zu sein.

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Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE :

   Reaktorkern-Überwachungseinrichtung zum Einführen in den Reaktor von außen, dadurch gekennzeich_T net, daß diese aus Überwachungsgeräten besteht, die innerhalb einer in einem Kanal im Reaktorkern beliebig verfahrbaren länglichen Hülle angeordnet sind und die dazu dienen, entsprechende physikalische Zustände innerhalb des Kerns zu messen und nach außen weiterzuleiten.
2. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß der Kanal Krümmungen umfaßt und die Hülle seitlich elastisch ist, um durch die Krümmungen in dem Kanal geführt zu werden.
3. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Überwachungseinrichtungen wenigstens einen Neutronenfluß-Meßgerät umfaßt.
4. 4. Überwachungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung wenigstens ein Thermoelement umfaßt.
5. 5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet ,

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   daß die Überwachungseinrichtung einen Hintergrundstrahlungs-Meßgerät und eine Vielzahl τοη Neutronenfluß-Meßgeräten umfaßt.
6. 6. Überwachungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichn e t , daß die Überwachungseinrichtung Neutronenfluß-

   • Meßgeräte umfaßt * die so angeordnet sind, daß sie den Neutronenfluß an entsprechenden auf Abstand liegenden Bereichen des Kernes messen, wenn sihh die Hülle in der Endlage im Kern befindet.
7. 7. Überwachungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung Strahlungsmeßgeräte umfaßt, und mindestens ein Thermoelement, wobei die besagten Strahlungs-Meßgeräte ihnen zugehörige elektrische Ausgangssignale geben.
8. 8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Hülle ein hohles Rohr einschließt und ein Strahlungs-Meßgerät, das in Längsrichtung innerhalb des genannten Rohrs beweglich ist, um die Strahlungsintensität an bestimmten Stellen innerhalb des Kernes zu messen, wenn sich die Hülle in der Endlage befindet.

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9. 9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k en η ζ e.i c.h η e t , daß die Überwachungseinrichtungen Strahlungs-Meßgeräte umfassen, die winklig auf Abstand zueinander und um das Rohr herum angeordnet sind.
10. 10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e.i.c h η e t , daß eine Antriebsvorrichtung, •an das bewegliche Strahlungs-Meßgerät angeschlossen . ist und von der Beschickungsstation betätigt werden kann, um das Strahlungs-Meßgerät entlang der Länge des Rohrs nach Wunsch zu verfahren.
11. 11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch g ekennze lohnet., daß die Meßgeräte und das hohle Rohr von einer Außenhülle umschlossen sind.

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    Leers ei te