DE2221342A1

DE2221342A1 - NUCLEAR FUEL

Info

Publication number: DE2221342A1
Application number: DE19722221342
Authority: DE
Inventors: Josef Steven
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1973-11-22
Also published as: ZA732786B; CH551676A; FR2183077A1; BE798909A; JPS4954794A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktorbrennstab, der bereits bei seiner Herstellung mit einem erhöhten Innendruck versehen wird. Diese bereits angewandte Technik, siehe z.B. die US-Patentschrift 3 519 537, bezweckt eine Entlastung des Hüllrohres vom Kühlmittelaußendruck. Es ergeben sich dadurch nicht nur mechanische Vorteile, vielmehr kann die Wanddicke des Hüllrohres dementsprechend dünner gehalten werden. Dies bedeutet, daß die Menge des neutronenabsorbierenden Strukturmaterials innerhalb eines Reaktorkernes kleiner gemacht und damit dessen Neutronenökonomie wesentlich verbessert werden kann. Zum Aufbau des Innendruckes werden inerte Gase, vorzugsweise Helium verwendet.The present invention relates to a nuclear reactor fuel rod, which already during its manufacture with an increased internal pressure is provided. This technique, which has already been used, see for example US Pat. No. 3,519,537, is intended to provide relief of the cladding tube from the external coolant pressure. It results from this not only mechanical advantages, but rather the wall thickness of the cladding tube can be kept correspondingly thinner. This means that the amount of the neutron absorbing structural material inside a reactor core is made smaller and thus its neutron economy can be significantly improved. Inert gases, preferably helium is used.

Zur Ausnutzung der vollen Vorteile solcher mit einem "Vorinnendruck" versehenen Brennstäbe ist es aber notwendig, diese nach ihrer Fertigstellung bzw. vor ihrem Einsatz im Reaktorkern auf die Größe des in ihnen herrschenden Gasdruckes zu untersuchen. Dies kann selbstverständlich nur mit Hilfe einer zerstörungsfreien Methode geschehen. Es stellte sich daher die Aufgabe, Maßnahmen vorzusehen, mit deren..Hilfe jederzeit eine Kontrolle des im Innern von Brennstäben herrschenden Druckes möglich ist. Dies schließt insbesondere auch die Prüfung von Brennstäben auf Hüllrohrdefekte ein, ganz gleich ob diese mit oder ohne "Vorinnendruck" in einem Reaktorkern eingesetzt waren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Inneren des Reaktorbrennstabes, vorzugsweise an einem Ende sich unter dem Einfluß des Innendruckes verändernde Mittel vorgesehen sind, deren Veränderung durchTo take full advantage of those with a "pre-print" provided fuel rods, it is necessary after their completion or before their use in the reactor core to examine the magnitude of the gas pressure prevailing in them. Of course, this can only be done with the help of a done non-destructive method. The task was therefore to provide measures with whose help at any time it is possible to monitor the pressure inside the fuel rods. This includes in particular the Testing of fuel rods for cladding defects, regardless of whether they are with or without "internal pressure" in a reactor core were used. This object is achieved according to the invention in that in the interior of the reactor fuel rod, preferably means that change under the influence of the internal pressure are provided at one end, the change of which means

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von außen ansetzbare Meßeinrichtungen feststellbar sind. Äußerlich unterscheiden sich derartige Kernreaktorbrennstäbe praktisch nicht von jenen herkömmlicher Konstruktion. Diese sich unter dem Einfluß des Innendruckes verändernde Mittel können beispielsweise aus der Barometertechnik her bekannte Federkörper sein, die an ihrem in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck sich verstellenden Teilen einen von außerhalb des Brennstabes ortbaren Körper tragen. Der ortbare Körper kann dabei aue einem Permanentmagneten oder einem ferromagnetischen Stoff bestehen, dessen lage auf induktivem Wege von außen feststellbar ist. Der ortbare Körper kann jedoch auch eine radioaktiv strahlende Materie enthalten, die zur Erleichterung ihrer meßtechnischen Erfassung durch an sich bekannte Mittel von der Kernbrennstoffüllung des Brennstabes räumlich getrennt ist. Zur Feststellung des ortbaren Körpers können auch röntgenologische Methoden verwendet werdene Dazu ist es dann zweckmäßig, diesen Körper aus einem dementsprechend gut erfaßbaren Material zu machen. Als weiteres Beispiel für die Ortung eines solchen Körpers kann auch die Ultraschalltechnik dienen. Dann ist es zweckmäßig, den ortbaren Körper so zu gestalten und anzuordnen, daß seine Lage durch das beim Ultraschalimeßverfahren verwandte Echoprinzip eindeutig erfaßbar ist.externally attachable measuring devices can be determined. Outwardly, such nuclear reactor fuel rods practically do not differ from those of conventional construction. These means, which change under the influence of the internal pressure, can be spring bodies known from barometer technology, for example, which carry a body that can be located from outside the fuel rod on their parts, which adjust as a function of the respective pressure. The locatable body can consist of a permanent magnet or a ferromagnetic material, the position of which can be determined inductively from the outside. The locatable body can, however, also contain a radioactive material which is spatially separated from the nuclear fuel filling of the fuel rod by means known per se in order to facilitate its detection by measurement. Radiological methods can also be used to determine the locatable body. For this purpose, it is then expedient to make this body from a material that is accordingly easy to detect. Ultrasound technology can also serve as a further example for locating such a body. It is then expedient to design and arrange the locatable body in such a way that its position can be clearly detected by the echo principle used in the ultrasonic measuring process.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung sei auf die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen, bei denen in Fig. 1 und 3 ein Faltenbalg als Federkörper und in Fig. 2 eine Rohrfeder Verwendung findet. G-leiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In allen drei Fällen ist jeweils nur das obere Ende eines Brennstabes dargestellt, in dem sich die durch den Innendruck sich verändernden Mittel befinden. To further explain the present invention, reference is made to the exemplary embodiments shown in FIGS referenced, in which in Fig. 1 and 3 a bellows is used as a spring body and in Fig. 2 a tube spring is used. Same Components that correspond to one another are provided with the same reference symbols in all figures. In all three cases it is in each case only the upper end of a fuel rod is shown, in which the means that change due to the internal pressure are located.

Ton den herkömmlichen Bauteilen des Brennstabes sind das Hüllrohr mit 1, die Endkappe mit 2 und die Feder zur Halterung der nicht dargestellten Säule von Kernbrennstofftabletten mit 3 be-The conventional components of the fuel rod are the cladding tube with 1, the end cap with 2 and the spring for holding the not shown column of nuclear fuel tablets with 3 loading

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zeichnet, lach Pig. 1, die sich aus den Teilen a), ti) und c) zusammensetzt, befindet sich zwischen der Jeder 3 und der Endkappe 2 eine zum Inneren des Brennstabes zu offene Kapsel 4» in der ein Faltenbalg 5 mit seinem oberen Ende abgedichtet befestigt ist. Das untere Ende des Paltenbalges ist durch eine ferromagnetische oder permanentmagnetische Scheibe 7 abgeschlossen. Zur Begrenzung der Bewegung des Faltenbalges ist in seinem Inneren ein Stempel 6 angeordnet. Pig. 1a zeigt nun die lage des Faltenbalges bei vorhandenem Innendruck. Hier drückt dieser den Faltenbalg zusammen, bis das Teil 7 en dem Stempel 6 zur Anlage kommt. Fig. 1b zeigt dagegen die Lage des Faltenbalges, wenn der Innendruck des Brennstabes nachgelassen hat. Hier befindet sich die Scheibe 7, ™ den BetragΔ/nach unten verschoben und kann mit dem in Fig. 1c dargestellten induktiven Meßprinzip geortet werden. Diese Meßeinrichtung besteht aus einem über das Brennstabende geschobenen Eisenjoch 8 mit einer Wechselstromwicklung 9· In der mit a) bezeichneten Stellung der ferromagnetischen Scheibe 7 (entspr. Fig» 1a) wird die Induktivität der Wicklung 9 am größten sein, in der Stellung b) entsprechend Fig. 1b dagegen sehr stark abgenommen haben. Über ein Meßinstrument A sind daher diese lageänderungen der ferromagnetischen Scheibe 7 leicht feststellbar.draws, laughing Pig. 1, consisting of parts a), ti) and c) is located between the each 3 and the end cap 2 a 4 "in. Capsule open to the inside of the fuel rod which a bellows 5 is attached sealed with its upper end. The lower end of the bellows is through a ferromagnetic or permanent magnetic disc 7 completed. To limit the movement of the bellows, a punch 6 is arranged in its interior. Pig. 1a now shows the position of the bellows with existing internal pressure. Here presses this the bellows together until the part 7 en the punch 6 comes to the plant. In contrast, Fig. 1b shows the position of the bellows when the internal pressure of the fuel rod has decreased. Here is the disc 7, ™ the amount Δ / down shifted and can be located with the inductive measuring principle shown in Fig. 1c. This measuring device consists from an iron yoke 8 pushed over the fuel rod end with an alternating current winding 9 · In the one designated with a) Position of the ferromagnetic disc 7 (corresponding to Fig »1a) the inductance of the winding 9 will be greatest, in the position b) according to FIG. 1b, however, it will be greatly reduced to have. These changes in position are therefore via a measuring instrument A the ferromagnetic disc 7 easily detectable.

Im Beispiel nach Fig. 2 ist die Faltenbalgfeder durch eine Rohrfeder 5a ersetzt, die in eine allseits geschlossene Kapsel 4a so eingesetzt ist, daß das Innere der Rohrfeder mit dem Innenraum des Brennstabes in Verbindung steht. Der Innenraum der Kapsel 4a dagegen steht auf Normaldruck, ähnlich wie in-Fig. 1 der Innenraum des Federbalges 5. Das obere Ende der Rohrfeder 5a trägt wieder ein ferromagnetisch.es oder permanentmagnetisches Teil 7a. Dieses wird sich gemäß Fig. 2b bei Änderung der Druckverhältnisse verdrehen, wobei die Stellung I einem Brennstab ohne Innendruck und die Stellung II einem Brennstab mit Innendruck entspricht. Das Meßprinzip ist in der schematischen Fig. 2c dargestellt, es ist praktisch das gleiche wie in Figo 1c.In the example of FIG. 2, the bellows spring is through a Replaces Bourdon tube 5a, which is in a capsule that is closed on all sides 4a is inserted so that the interior of the Bourdon tube is in communication with the interior of the fuel rod. The interior the capsule 4a, on the other hand, is at normal pressure, similar to that in FIG. 1 the interior of the bellows 5. The upper end of the Bourdon tube 5a again carries a ferromagnetic or permanent magnetic part 7a. This is shown in FIG. 2b at Change the pressure ratios twist, with the position I a fuel rod without internal pressure and the position II a Fuel rod with internal pressure corresponds. The measuring principle is shown in the schematic Fig. 2c, it is practically the same as in Figo 1c.

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In Pig, 3 ist ein Brennstabende dargestellt, das mit Hilfe von Ultraschall geprüft werden kann. Im Inneren befindet sich oberhalb der Feder 3 wieder eine Kapsel 4b, die durch Bohrungen mit dem übrigen Innenraum des Brennstabes in Verbindung steht. Mit 10 sind hier die Kernbrennstofftabletten angedeutet« Innerhalb der Kapsel 4b befindet sich nun ein Faltenbalg 5> ähnlich wie in Fig. 1, nur mit umgekehrter Bewegungsrichtung. Er ist naeh oben mit einer Platte 7 abgeschlossen, die sich je nach den Druckverhältnissen entweder auf dem Stempel odtr Anschlagstift 6 bei vorhandenem Innendruck absetzt, oder bei schlechtem oder nicht erhöhtem Innendruck nach oben steht, wie in der Fig. 3 dargestellt. Oberhalb der Endkappe 2 des Brennstabes ist hier schematisch ein Ultraschallmeßkopf 12 dargestellt, der über ein gut schalleitendes an sich bekanntes Medium 13 an der Endkappe 2 anliegt bzw. angekoppelt ist. Durch die Lage der Eohos der in dem Brennstab eingeleiteten Ultraschallimpulse auf einem nicht dargestellten Anzeigegerät kann dann die Lage der Abschlußscheibe 7 und damit die Höhe des im Inneren des Brennstabes herrschenden Innendruckes gemessen werden.Pig, 3 shows a fuel rod end that can be checked with the aid of ultrasound. Inside is Above the spring 3 again a capsule 4b, which is connected to the rest of the interior of the fuel rod through bores stands. The nuclear fuel tablets are indicated here by 10 «Inside the capsule 4b there is now a bellows 5> similar to FIG. 1, only with the opposite direction of movement. It is closed at the top with a plate 7 which, depending on the pressure conditions, is either on the stamp odtr stops pin 6 when internal pressure is present, or stands up when internal pressure is poor or not increased, as shown in FIG. 3. An ultrasonic measuring head 12 is schematically shown here above the end cap 2 of the fuel rod shown, which rests on or is coupled to the end cap 2 via a medium 13 which is known per se and which conducts sound well. By the position of the Eohos of the ultrasonic pulses introduced into the fuel rod on a display device, not shown, the position of the lens 7 and thus the height of the internal pressure prevailing inside the fuel rod can be measured.

Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsmöglichkeiten der sich unter dem Innendruck verändernden Mittel sowie auch für die entsprechend angewandten Ortungsmethoden denkbar, Diese "Verfahren sind dabei nicht nur geeignet, die Kernbrennstäbe vor ihrem Einsatz im Reaktorkern zu überprüfen, sie eignen sich vielmehr auch dazu, beispielsweise gelegentlich während eines Brennelementwechsels den Innendruck zu überprüfen und daraus Rückschlüsse auf die Unversehrtheit der Brennstäbe bzw. auf ihre weitere zulässige Einsatzzeit im Reaktorkern zu ziehen.Of course, there are also other design options for the means that change under the internal pressure as well also conceivable for the correspondingly applied location methods. These "methods are not only suitable for nuclear fuel rods To be checked before they are used in the reactor core, they are also suitable, for example occasionally to check the internal pressure during a fuel element change and draw conclusions about the integrity of the To draw fuel rods or their further permissible service life in the reactor core.

Wie bereits eingangs erwähnt, können auch Brennstäbe konventioneller Art - also solche ohne "Vorinnendruck" - nach einer gewissen Betriebszeit im Reaktorkern auf Hüllrohrdefekte überprüft werden. Die beim Abbrand des Kernbrennstoffes sich bildenden Spaltgase erhöhen normalerweise den Innendruck - dies kann leicht mit den Einrichtungen nach dieser Erfindung er-As already mentioned at the beginning, fuel rods can also be more conventional Type - that is, those without "internal pressure" - checked for cladding tube defects in the reactor core after a certain operating time will. The fission gases that form when the nuclear fuel burns up normally increase the internal pressure - this can easily be achieved with the devices according to this invention

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mittelt werden. Ein Defekt liegt in diesen Fällen also dann vor, wenn die Messung keinen erhöhten Innendruck ermittelt. Umgekehrt kann aus dem festgestellten Innendruck auch auf den Abbrandzustand des im Brennstab eingeschlossenen Kernbrennetoffes geschlossen werden. Außerdem ermöglicht dieses Prinzip auch bei diesen konventionellen Brennstäben eine !ertigungskontrolle auf Dichtheit der Hüllrohre. Dazu müssen die Brennetäbe nur in eine mit Druckgas gefüllte Kammer gebracht und darin entsprechend dieser Erfindung überprüft werden. Eine Erhöhung des Innendruckes zeigt dann eine Undichtigkeit, also eine fehlerhafte Herstellung an.be averaged. In these cases, a defect is present if the measurement does not determine an increased internal pressure. Conversely, the internal pressure determined can also be used to indicate the burn-up state of the nuclear fuel enclosed in the fuel rod getting closed. In addition, this principle also enables production control for these conventional fuel rods on the tightness of the ducts. To do this, the rods must can only be brought into a chamber filled with pressurized gas and checked therein in accordance with this invention. One An increase in the internal pressure then indicates a leak, i.e. faulty manufacture.

6 Patentansprüche
3 Figuren6 claims
3 figures

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Claims

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Patentan's claims

J Nuclear reactor fuel rod, which is already provided with an increased internal pressure during its manufacture, characterized in this that inside it, preferably at one end, changes under the influence of the internal pressure Means are provided whose changes can be determined by externally attachable measuring devices.

2. Nuclear reactor fuel rod according to claim 1, characterized in that as a means changing under pressure, spring body - known from barometer technology - are provided, which depend on their depending on the respective pressure Carrying adjusting parts from outside the fuel rod locatable body.

3. Nuclear reactor fuel rod according to claim 2, characterized in that that the locatable body consists of a permanent magnet or a ferromagnetic material.

4. Nuclear reactor fuel rod according to claim 2, characterized in that the locatable body is a radioactively radiating one Contains matter which, to facilitate its metrological fit, by means known per se from the nuclear fuel filling is spatially separated.

5. Nuclear reactor fuel rod according to claim 2, characterized in that the locatable body consists of an X-ray easily detectable material.

6. Nuclear reactor fuel rod according to claim 2, characterized in that the locatable body for the detection by Ultrasound is designed and arranged.

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