DE2301730A1 - Pruefeinrichtung zum feststellen schadhafter brennstaebe in einem kernreaktor - Google Patents

Description

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TM

W. 599

Augsburg, den 9. Januar 1973

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County,

Pennsylvania 15222, V,St,A.

Prüfeinrichtung zum Feststellen schadhafter Brennstäbe in

einem Kernreaktor

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zum Peststellen schadhafter Brennstäbe in einem Kernreaktor, der einen Druckbehälter, einen Reaktorkern mit zwischen einer unteren Tragplatte und einer oberen Tragplatte montierten Brennstoffelementen, weiter in ausgewählten Brennstoffelementen angeordnete axial verschiebliche Steuerstäbe und

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daran befestigte Steuerstabantriebsstangen, welch letztere sich durch, durch den Druckbehälterdeckel hindurchführende Adapterrohre erstrecken, ferner ein unter Druck stehendes Kühlmittel sowie kühlmittelbetätigbare Steuerstabantriebe zum Antrieb der Steuerstabantriebsstangen zum Zwecke des Änhebens der "Steuerstäbe aufweist.

Der Reaktorkern eines modernen druckwassergekühlten Reaktors mit einer Ausgangsleistung von 1000 MW (elektrisch) enthält etwa 40 000 einzelne Brennstäbe, die jeweils zwei angeschweißte Endverschlüsse aufweisen. Die Gesamtlänge dieser Brennstäbe beträgt nahezu 160 km. bei der großen Anzahl von Schweißsteilen und der großen mit einer Umhüllung versehenen Oberfläche ist es wahrscheinlich, daß ein oder mehrere Brennstäbe während des Betriebs schadhaft werden, obwohl während der Herstellung der Brennstäbe strengste Qualitätskontrollen durchgeführt werden, Diese Schaden treten wahrscheinlich in Form von kleinen Löchern oder Rissen an den Schweißstellen oder im ümhüllungamaterial auf. In jedem Fall wird dadurch das Austreten von Spaltprodukten in den Kühlmittelstrom ermöglicht und dadurch ein Anwachsen der Radioaktivität im gesamten Kühlsystem bewirkt. Die häufigsten Spaltprodukte sind Kr 88, Rb 88, Il 31, Il 33, Xe 133, Xe 135 und Cs 137. In einem gewissen Umfang kann das Auftreten von Spaltprodukten geduldet werden, ohne daß zu große Schwierigkeiten auftreten,

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da das i-IIvean der Radioaktivität ständig durch Entfernen der iipaltprodukte mittels bekannter Einrichtungen begrenzt v/erden kann, beispielsweise werden die Xenongase durch Abseheidungsverfahren iin Volunensteuerbehälter und im Gaszerfallbehälter und die anderen .Spaltprodukte im Mineralbestandteilentzieher entfernt, Wenn jedoch das Auslecken von Spaltprodukten in das Kühlmittel die Leistungsfähigkeit dieser oysteme überschreitet, so steigt das allgemeine Niveau der Radioaktivität allmählich an, bis es die zulässigen Grenzen übersteigt und es notwendig wird, den Reaktor stillzusetzen oder zumindestens den Betrieb mit verminderter Leistung fortzusetzen.

liaoh de;,-i Stillsetzen des Reaktors verbleibt aber noch die Aufgabe, das schadhafte Brennstoffelement zu finden und auszutauschen» Bisher sind bei Kernkraftwerken lediglich Einrichtungen bekannt, mit denen während des Reaktorbetriebs nur feststellbar ist, daß überhaupt ein Brennstoffelement des Reaktorkerns schadhaft ist und höchstens noch, in welchem Quadranten es sich befindet. Das genaue Auffinden des schadhaften Brennstoffelementes erfordert das Herausnehmen sämtlicher Brennstoffelemente und Prüfen derselben in einem besonderen Prüfraum. Da beim Stillsetzen des Reaktors die Erzeugung von Spaltprodukten aufhört und die Möglichkeit

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besteht, daß sich ein Riß bei Verminderung der Temperatur von selbst schließt, wird das Auffinden des schadhaften Brennstoffelementes- zu einer sehr schwierigen Aufgabe, die eine Stillsetzung dea Reaktors über einen Zeitraum von einem Monat oder mehr erforderlich machen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung zum genauen Lokalisieren eines schadhaften Brennstoffelementes während des normalen Reaktorbetriebs vorzusehen, die eine schnelle Entfernung des betreffenden Brennstoffelementes vor dem Auftreten unzulässiger Bedingungen oder vorzugsweise während einer fahrplanmäßigen Reaktorstillsetzung ermöglicht.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Prüfeinrichtung zum Feststellen schadhafter Brennstäbe in einem Kernreaktor der eingangs dargelegten Art gemäß der Erfindung durch Mittel zur Zuleitung von Kühlmittel ausschließlich von den ausgewählten Brennstoffelementen zu den entsprechenden Steuerstabantrxeben und durch ein Strahlenspürgerät gekennzeichnet, welchem Kühlmittel von jeweils, einem dieser Steuerstabantriebe zum Zwecke der Peststellung zugeleitet wird, ob das jeweils entsprechende Brennstoffelement einen schadhaften

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Brennstab aufweist.

Durch diese Einrichtung kann ein Schaden in einem dieser Brennstoffelemente, die 35 % bis 40 % der Gesamtzahl der Brennstoffelemente ausmachen, unmittelbar und ohne Schwierigkeiten mittels einer Probe des durch den druckmittelbetätigten Steuerstabantrieb und dann zu einem Strahlenspürgerät strömenden Kühlmittels lokalisiert werden. Zwischen dem unteren Ende des Adapterrohres und dem oberen Ende der Pührungsrohrariordnung ist eine Dichtung vorgesehen, damit sichergestellt ist, daß sich die Kühlmittelproben nicht mit dem oberhalb einer oberen Gerüstplatte befindlichen Kühlmittel vermischen, bevor sie den Steuerstabantrieb erreichen.

Schäden in anderen Brennstoffelementen sind durch indirekte Verfahren lokalisierbar. Durch Unterdrücken der Leistungsabgabe eines geprüften, nicht schadhaften Brennstoffelementes der obengenannten Gruppe durch zeitweises Einfahren sämtlicher Steuerstäbe wird bewirkt, daß sich das Kühlmittel benachbarter Brennstoffelemente mit dem Kühlmittel des geprüften Brennstoffelementes in ausreichend großen Mengen vermischt, damit feststellbar ist, ob eines dieser Brennstoffelemente einen Schaden aufweist. Das genaue Aufsuchen des schadhaften Brennstoffelementes erfolgt dann durch Prüfen in der unmittelbaren Nachbarschaft des bereits geprüften Brennstoffelements.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:

Fig., 1 einen Axialschnitt durch einen

Kernreaktor mit einer Einrichtung nach der Erfindung,

die Pig. 2 und 3 einen vergrößerten Längsschnitt

durch einen Teil der Innenkonstruktion des in Fig. 1 dargestellten Reaktors, wobei die Fig. 2 den oberen Teil und die Fig. 3 den unteren Teil des Brennstoffelementes zeigt,

Fig. 4 einen gemäß der in Fig. 3 einge-

. zeichneten Schnittlinie IV-IV

verlaufenden Querschnitt,

Fig» 5 einen gemäß der in Fig, 4 einge

zeichneten Schnittlinie V-V verlaufenden Schnitt,

■ Fig. 6 einen gemäß der Schnittlinie VI-VI

in Fig. 7 verlaufenden Schnitt durch eine Dichtungsmanschette,

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Pig. 7 eine teilweise in der Draufsicht

und teilweise im Querschnitt gezeichnete Darstellung der in Fig. 6 gezeigten Konstruktion,

Pig, 8 einen gemäß der in Fig. 6 einge

zeichneten Schnittlinie VIII-VIII verlaufenden Querschnitt,

Pig. 9 einen gemäß der Schnittlinie IX-IX

in Fig. 7 verlaufenden Schnitt, und

Pig· IO einen Ausschnitt einer abgewandelten

Ausführungsform der in Fig. 6 dargestellten Dichtungsmanschette.

Der in Fig. 1 dargestellte Kernreaktor weist einen Druckbehälter 10 mit einem mittels einer Vielzahl nicht gezeichneter Schrauben am Druckbehälter abnehmbar befestigten Behälterdeckel 11 auf. Der Druckbehälter 10 kann in an sich bekannter Bauweise zur Aufnahme eines Kühlmittels unter verhältnismäßig hohem Druck ausgeführt sein» Im vorliegenden Fall ist das verwendete Kühlmittel leichtes Wasser. Jedoch

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sind auch andere geeignete Kühlmittel anwendbar. Der Druckbehälter 10 weist einen Einlaßstutzen 12 und einen Auslaßstutzen 13 auf. Das Kühlmittel wird in an sich bekannter Weise mittels einer nicht gezeichneten Pumpe in Umlauf durch den Druckbehälter gebracht« Innerhalb des Druckbehälters 10 sind zwischen einer unteren Tragplatte 15 und einer oberen Tragplatte 16 Brennstoffelemente 14 montiert. Diese Brennstoffelemente bilden den Reaktorkern. Die untere Tragplatte 15 ist an einem Reaktorkerngefäß 17 angeschweißt, welches an seinem oberen Ende einen Flansch 18 aufweist, der auf einem Vorsprung 19 des Druckbehälters 10 aufliegt. Der Reaktorkern wird an seinem Außenumfang von einem seiner äußeren Form angepaßten Reflektor 21 umfaßt, der die seitlich am Reaktorkern vorbeiströmende Kühlmittelströmung begrenzt. Die obere Tragplatte 16 wird von einer oberen'Gerüstplatte 22 über eine Vielzahl von Tragrohren 23 getragen, welch letztere jeweils mittels Schrauben an der Gerüstplatte 22 und der oberen Tragplatte 16 befestigt sind, wie nachstehend noch beschrieben wird« Ein Flansch 24 der Gerüstplatte 22 ist zwischen dem Flansch 25 des Druckbehälterdeckels 11 und. dem Flansch 18 des Reaktorkerngefäßes 17 eingeklemmt. Eine Deckplatte 26, welche die Oberseite der Gerüstplatte 22 abdeckt, ist mittels nicht dargestellter Schrauben an der Gerüstplatte 22 befestigt. Die schwere Trägerkonstruktion 27 der oberen Gerüstplatte 22

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ist notwendig, damit sie im Falle eines größeren Bruches einer der Kühlmittelauslaßrohre 28 der dann durch die obere Tragplatte 16 ausgeübten Belastung standhalten kann. Der Reaktor ist mit druckmittelbetätigten Steuerstabantrieben versehen, die gemäß einer in der US-PS 3 607 629 beschriebenen Bauart ausgebildet sein können. Wie in dieser Patentschrift beschrieben ist, wird der Druck des Kühlmittels im Druckbehälter 10 zur Betätigung der Steuerstäbe verwendet. Im vorliegenden Fall sind jeweils acht einzelne Steuerstäbe einem Steuerstabantrieb 31 zugeordnet. Die Ventile für die gesonderte Steuerung der einzelnen Steuerstäbe sind jeweils in einem unteren Flansch 32 der Steuerstabantriebe 31 gelegen und werden ihrerseits durch Magnetwicklungen 33 gesteuert. Die Steuerstäbe werden durch den Kühlmitteldruck angehoben und in der angehobenen Stellung durch auf den Steuerstabantrieben montierte Elektromagnete 34 gehalten. Die Steuerstabantriebe 31 sind mittels nicht gezeichneter Schrauben an den oberen Flanschen 35 von Adapterrohren 36 befestigt, welche durch den Druckbehälterdeckel 11 hindurchragen und an demselben angeschweißt sind.

Wie aus den Fig, 2, 3» ^ und 6 deutlicher hervorgeht, treten Steuerstabantriebsstangen 37 durch die Adapterrohre in das Reaktorinnere ein und im vorliegenden Fall ist jede

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Steuerstabantriebsstange 37 über ein Verbindungsstück 39 mit zwei Steuerstäben 38 verbunden« Zwischen den Adapterrohren und den Brennstoffelementen Ik führen die Steuerstäbe und die Steuerstabantriebsstangen geradlinige Bewegungen in vollständig geschlossenen Führungsrohren kl aus.

Die Tragrohre 23 erfüllen eine weitere, aber wichtige Aufgabe, nämlich das Ausrichten und Unterstützen der Führungsrohre *fl. Früher waren die Führungsrohre zwischen den Tragrohren angeordnet und mit eigenen Haltekonstruktionen versehen» Dadurch wird der Raum oberhalb des Reaktorkerns übermäßig ausgefüllt und der Kühlmittelquerstrom zu den Auslaßöffnungen behindert und außerdem werden die Herstellungskosten für den oberen Reaktorinnenausbau wesentlich vergrößert.

Wie in den Fig. 2 und 3 deutlicher dargestellt ist, erstrecken sich die Führungsrohre kl ohne Unterbrechung von der Deckplatte 26 der oberen Gerüstplatte 22 aus bis wenige Zentimeter über die Brennstoffelemente Ik, Wie aus Fig. zu ersehen ist, weist ein Teil der Führungsrohre kl einen etwa dreieckigen Querschnitt und ein Teil der Führungsrohre einen länglichen Querschnitt auf. Die Tragrohre 23 sind

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i^m allgemeinen zylindrisch und die an den einem ausgewählten Brennstoffelement 14 zugeordneten Steuerstäben 38 befestigten Steuerstabantriebsstangen 37 sind"kreisförmig um die Achse des betreffenden Tragrohres 23 herum angeordnet. Die Führungsrohre 4l sind ebenfalls kreisförmig um die Achse des betreffenden Tragrohres 23 herum angeordnet, wobei die Führungsrohre längliehen Querschnittes zwischen den Führungsrohren dreieckigen Querschnittes angeordnet sind. Die Führungsrohre 4l weisen jeweils einstückig mit ihnen ausgebildete, im allgemeinen kreisrunde Teile zur Aufnahme und Führung der Steuerstabantriebsstangen sowie der beiden jeweils daran befestigten Steuerstäbe auf. Die Steuerstäbe kl können aus Rundrohrmaterial durch Walzen mit Hilfe von entsprechenden Dornen hergestellt sein.

Die acht jeweils einem Steuerstabantrieb zugeordneten Führungsrohre 4l werden durch eine Anzahl von im allgemeinen ringförmigen Halteplatten k2 in ihrer gegenseitigen seitlichen Lage gehalten, die mit Abständen von etwa 60 cm um die Führungsrohre herum angeordnet sind» Wie Fig. 4 zeigt, sind die Halteplatten k2 als besonders geformte Ringe ausgebildet, so daß sie den von den Brennstoffelementen kommenden vertikalen Kühlmittelströmungen nur geringen Widerstand entgegensetzen. Die Führungsrohre sind durch Punktschweißungen 43 auf beiden

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Seiten der Halteplatten 42 an den Halteplatten befestigt. Die Halteplatten 42 können verhältnismäßig kostengünstig durch elektrochemische Bearbeitungsmethoden, auf welche eine genauere örtliche Bearbeitung im Bereich der Schweißpunkte und außerdem die Herstellung von vier mit gegenseitigen Winkelabständen am Außenumfang der Halteplatten angeordneten Positionierungsschlitzen 44 folgt, hergestellt werden» An ihren oberen Enden sind die jeweils in einem Tragrohr befindlichen Führungsrohre an einer etwa quadratischen Kopfplatte 45 (siehe auch Fig. 7) befestigt, die mit.Ausnahme der Rohrdurchführungsöffnungen massiv ist. Die Führungsrohre 41 sind gemäß Fig. 6 bei 46 entlang ihres gesamten Umfangs an der Kopfplatte 45 angeschweißt, so daß eine leckdichte Verbindung erzielt ist.

Die Führungsrohranordnungen sind jeweils mittels einer Anzahl von Keilen 47 im betreffenden Tragrohr 23 ausgerichtet, die mittels Schrauben 48 an der Außenseite des Tragrohrs befestigt sind. Eine genaue Positionierung der Keile 47 bezüglich der Tragrohrflansche wird durch Einpassen der Keile in längliche Aussparungen 49 der Tragrohrwandung erzielt. Durch örtliche Abflachungen 51 an der Tragrohraußenfläche wird ein sauberer Sitz der Keile 47 gewährleistet. Das tatsächliche Ausrichten der Führungsrohrhalteplatten

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auf die Keile 47 geschieht durch Einsätze 52, die mittels Schrauben 53 an den Keilen angeschraubt sind. Eine feste Berührung zwischen dem Einsatz 52 und dem Schlitz 44 der Halteplatte 42 wird durch eine am Einsatz 52 vorgesehene Auslegerfeder 54 gewährleistet. Die Auslegerfeder 54 muß genügend steif sein, damit sie ständig anliegt und Bewegungen infolge von durch die Kühlmittelströmung übertragene Schwingungskräfte vermieden werden. Wenn für die Auslegerfeder 54 kein besonderes schwer bearbeitbares Material notwendig ist, können die Keile und die Federn einstückig hergestellt werden. '^;

In den Brennstoffelementen arbeiten die Steuerstäbe in zylindrischen Führungsrohren 55, die gleichzeitig als hauptsächliche Gerüstteile für die Brennstoffelemente dienen. Wegen der verhältnismäßig kleinen Spielräume der Steuerstäbe in diesen Führungsrohren 55 und auch in den Führungsrohren 41 ist es von großer Wichtigkeit, daß die Brennstoffelemente und die zugehörigen Tragrohre genau ausgerichtet sind. Die Ausrichtung eines Brennstoffelementes bezüglich der oberen Tragplatte 16 erfolgt mittels zweier Stifte 56 mit konischen Enden, die an der oberen Tragplatte 16 befestigt sind. Die konischen Enden der Stifte 56 greifen nach dem Einbau der oberen Reaktorinnenteile in den Druck-

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behälter in Bohrungen der oberen Düse 57 des Brennstoffelementes ein» Die einzelnen Brennstäbe 50-1 werden durch verschiedene mit axialen Abständen angeordnete eierkistenartig ausgebildete Stützgitter 50, wie sie in der US-PS 3 379 617 beschrieben sind, innerhalb des Brennstoffelementes in ihrer gegenseitigen seitlichen Lage gehalten. Diese Stützgitter 50 werden wiederum durch die Führungsrohre 55. getragen, an denen -SJ.e angeschweißt sind.

"■"■",r Das Ausrichten des Tragrohres 23 mit der oberen Tragplatte 16 erfolgt durch zwei feineingepaßte Paßschrauben 58, die zusätzlich zu den beiden regulären Schrauben 59 der Befestigung des unteren Tragrohrendes an der oberen Tragplatte 16 dienen. An seinem oberen Ende ist das Tragrohr 23 durch vier reguläre Schrauben 60 an der oberen Gerüstplatte 22 befestigt, während die Positionierung der Tragrohrachse lediglich durch einen Zapfensitz zwischen einem vorspringenden Rand 61 des oberen Tragrohrendes und einer großen kreisrunden Bohrung der oberen Gerüstplatte 22 erfolgt. Aus dem Tragrohr tritt das Kühlwasser durch eine Anzahl großer in der Tragrohrwandung ausgeschnittener Fenster 62 aus. Die Fenster 62 dienen außerdem als Strömungskanal für einen Teil der Kühlmittelquerströmung von anderen Brennstoffelementen«

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Nachdem sämtliche Tragrohrs an der oberen Tragplatte und der Gerüstplatte 22 befestigt worden sind, werden die Führungsrohranordnungen von oben in die Tragrohre eingesetzt» Zur Erleichterung dieser Aufgabe wird die Führungsrohranordnung um etwa 20 aus ihrer richtigen Stellung gedreht, so daß die gegenseitige Stellung der Ausrichtkeile 47 und der Halteplatten 42 der in Fig. 4 strichpunktiert eingezeichneten und mit dem Pfeil 63 angedeuteten Stellung entspricht. Dadurch wird ein nahezu vollständiges Einsetzen der Führungsrohranordnung ohne irgendwelche Störungen ermöglicht. Ein kurzes Stück vor der endgültigen Stellung wird die Führungsrohranordnung zurückgedreht und tiefer eingeschoben, damit die beiden in der Deckplatte 26 befestigten Ausrichtstifte 64 gemäß Fig. 9 in die entsprechenden Bohrungen 65 der Kopfplatte 45 eingreifen können. Die ungehinderte Abwärtsbewegung der Führungsrohranordnung wird schließlich gestoppt, wenn die Schlitze 44 der ringförmigen Halteplatten mit den Ausrichtkeilen 47 in Berührung kommen. Um die Anordnung in ihre endgültige Stellung zu bringen, ist nunmehr eine beträchtliche Kraft erforderlieh, da die Ausleger federn 5¹J durch sämtliche Halteplatten 42 gleichzeitig zusammengedrückt werden müssen. Diese Kraft wird zweckmäßigerweise durch vorläufige Verwendung besonders langer Befestigungsschrauben 67 in den Montagebohrungen der

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Kopfplatte 45 aufgebracht, wie in Fig. 9 dargestellt ist» Beim Anziehen dieser Schrauben 67 wird die Kopfplatte 45 schließlich mit der Deckplatte 26 in Berührung gebracht, wonach reguläre Schrauben 66 eingesetzt, angezogen und gesichert werden«

• Die einmalige Konstruktion der Pührungsrohranordnung und die Art der Montage ermöglichen es, eine Pührungsrohranordnung auszutauschen, sofern dies infolge übermäßigen Verschleißes während des Betriebs oder aus anderen Gründen notwendig geworden ist. Ohne diese Eigenschaft könnte ein Schaden an einer Führungsrohranordnung den Austausch der gesamten oberen Innenkonstruktion des Reaktors notwendig machen.

Gemäß Pig. 6 erstreckt sich eine Säule 68 nach oben in das Adapterrohr 36. Mehrere an der Säule 68 angeschweißte Führungsplatten 69 führen die Steuerstabantriebsstangen im Bereich zwischen der oberen Gerüstplatte 22 und dem außerhalb des Reaktors montierten Steuerstabantrieb. Das untere Ende der Säule 68 ist auf einer Grundplatte 70 angeschweißt. Wie in Fig. 7 dargestellt, weist die Grundplatte 70 Bohrungen zur Durchführung der Steuerstäbe auf. Die Grundplatte 70 ist auf der Oberseite der Führungsrohrkopfplafcke_A5_jnontiert

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und.durch vier Schrauben 72 befestigt. Das findet normalerweise an der Reaktorbaustelle statt, damit der Transport der oberen Reaktorinnenteile vereinfacht wird.

Damit das den Steuerstabantrieb betätigende Druckmittelsystem zum Feststellen schadhafter Brennstäbe verwendet werden kann, ist es unbedingt notwendig, daß aus einem Brennstoffelement durch die Führungsrohre kl heraus geleitete Kühlmit.telproben sich nicht mit dem oberhalb der oberen Gerüstplatte befindlichen Kühlmittel vermischen können. Dazu ist es notwendig, zwischen den Adapterrohren 36 und der Oberfläche der Säulengrundplatte 70 jeweils eine Dichtung vorzusehen. Gemäß Fig. 6 weist die Dichtungsanordnung 73 eine im allgemeinen konische Manschette 7^ auf, die von einer auf das untere Ende des Adapterrohres 36 aufgeschraubten und mittels eines Stiftes 76 gesicherten Hülse 75 gehalten wird. Die Dichtungsmanschette lh weist einen flachen unteren Rand auf, der die Oberfläche der Grundplatte 70 berührt. Der zur Abdichtung notwendige Berührungsdruck wird durch mehrere Schraubenfedern 78 aufgebracht, die durch einen mittels Schrauben 81 an der Hülse 75 befestigten Ring 79 zusammengedrückt werden» Zwischen dem unteren Ende des Adapterrohres 36 und der Hülse 75 ist ein Plansch eines innerhalb des Adapterrohres 36 angeordneten rohrförmigen

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Wärmeschildes 80 eingeklemmt. Zwischen der Dichtungsmanschette 74 und der Hülse 75 ist eine beträchtlicne Relativbewegung zum Ausgleich von Abstandsänderungen zwischen den Adapterrohren 36 und den Grundplatten 70 sowie zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Berührungsdruckes entlang dem gesamten Dichtungsumfang selbst im Falle geringer Winkeländerungen möglich. Die Abdichtung zwischen der Dichtungsmanschette 74 und der Hülse 75 erfolgt mittels eines in einer Nut 90 der Hülse angeordneten Kolbenringes Der Kolbenring 82 wird durch zwei in der Nut 90 angeordnete gewellte Federringe 83 an die Dichtungsmanschette 74 und die untere Nutfläche angedrückt.

Bei einer in Fig» IO dargestellten abgewandelten Ausführungsform wird der Kolbenring 82 mit der Dichtungsmanschette 74 mittels einer Tellerfeder 84 und mit der Hülse 75 mittels einer in Ringform gelegten Schraubenfeder 85 in Berührung gehalten.

Die dargestellten Konstruktionen weisen keine absolute

Leckdichtheit auf, aber das ist auch nicht notwendig, da

ο wegen des niedrigen Differenzdruckes (weniger als 0,35 kp/cm ) nur eine unwesentliche Leekströmung auftritt, Die Abdichtung ist auch durch eine Konstruktion erreichbar, bei der Bälge

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zur Erzielung der notwendigen Flexibilität und Federwirkung verwendet werden.

Das zum Herausleiten der Kühlmittelproben unmittelbar vom Auslaß eines Brennstoffelementes zu einem außerhalb des Reaktors angeordneten Strahlenspürgerät angewandte Verfahren ist am besten anhand der Fig. 1 verständlich. Der Druekab-

p ρ

fall von 21 kp/cm bis 28 kp/cni , der zur Betätigung der druckmittelbetätigten Steuerstabantriebe erforderlich ist, wird durch eine Kapselpumpe 86 erzeugt. Die Saugseite der Pumpe 86 ist mit einer Saugleitung 87 verbunden, an welche die einzelnen Steuerstabantriebe 31 über Leitungen 88 angeschlossen sind« Der Pumpenauslaß ist unmittelbar mit dem Kühlmittelprimärkreislauf verbunden. Parallel zur Pumpe 86 ist eine Leitung 89 geschaltet, um einen genügend großen Pumpendurchfluß sicherzustellen und eine überhitzung der Pumpe zu verhindern, wenn die Steuerstabantriebe nicht betätigt werden. An der Saugleitung 87 ist ein Strahlenspürgerät 91 montiert,

Es soll nun angenommen werden, daß das Brennstoffelement "A" auf einen möglicherweise schadhaften Brennstab geprüft werden soll« Dies wird durch Erregen einer der ventilbetätigenden Magnetspulen "B" des über dem betreffenden

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Brennstoffelement angeordneten Steuerstabantrieb erreicht. Es muß beachtet werden, daß sich die Steuerstäbe während des normalen Reaktorbetriebs in ihrer angehobenen Stellung befinden und daß sie durch die Elektromagnete 34 in dieser Stellung gehalten werden, so daß die ventilbetätigenden Magnetspulen während des normalen Reaktorbetriebes entregt sein können. Das öffnen des Ventils bewirkt eine Kühlmittel-Strömung unmittelbar zum Steuerstabantrieb durch das oben beschriebene vollständig isolierte System, das aus den Führungsrohren 41, der Dichtungsanordnung 73 und dem Adapterrohr 36 besteht. Wie durch die Pfeile angedeutet ist, strömt das Kühlmittel durch den Steuerstabantrieb und erreicht schließlich durch die Saugleitung 87 das Strahlenspürgerät 91» Da sich nur ein Ventil des gesamten Systems während der Testperiode öffnen kann, ist das das Strahlenspürgerät erreichende Kühlmittel tatsächlich eine Probe des durch das getestete Brennstoffelement strömenden Kühlmittels, Da die Strömung durch den Steuerstabantrieb auf eine verhältnismäßig kleine Strömungsmenge begrenzt ist, vergehen vom Zeitpunkt des öffnens des Ventils einige Sekunden, bis das Kühlmittel das Strahlenspürgerät erreicht hat. Dadurch wird die Strahlungsmessung jedoch nicht beeinträchtigt, da die Halbwertszeit der Spaltprodukte mindestens mehrere Stunden beträgt« Um die gewünschte

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Information zu erhalten, wird die Anzeige des Strahlenspürgerätes mit einer gleichzeitigen Anzeige des allgemeinen Strahlungsniveaus im Reaktorkühlsystem verglichen.

Schaden in anderen Brennstoffelementen sind durch indirekte Verfahren lokalisierbar. Durch Unterdrücken der Leistungsabgabe eines geprüften, nicht schadhaften Brennstoffelementes durch zeitweiliges Einfahren sämtlicher Steuerstäbe dieses Brennstoffelementes wird bewirkt, daß sich Kühlmittel benachbarter Brennstoffelemente mit dem Kühlmittel des geprüften Brennstoffelementes in ausreichend großen Mengen vermischt, so daß feststellbar ist, ob eines dieser benachbarten Brennstoffelemente einen Schaden aufweist. Die Brennstoffelemente sind nicht gekapselt und die Vermischung findet entlang der gesamten Länge der einander benachbarten Brennstoffelemente statt. Durch öffnen eines der Steuerstabantriebsventile wird erreicht, daß eine Probe des Kühlmittelgemisches, wie oben beschrieben, zum Steuerstabantrieb strömt. Das genaue Auffinden eines schadhaften Brennstoffelementes ist nunmehr durch Prüfen in der unmittelbaren Nachbarschaft dieses Brennstoffelementes- möglich.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung zum Peststellen schad-

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hafter Brerinstäbe die zum Lokalisieren eines Brennstoffelementes mit schadhaften Brennstäben bisher erforderliche Zeit wesentlich vermindert wird. Diese Prüfeinrichtung ist zur Verwendung in Reaktoren mit druckniittelbetätigten Steuerstabantrieben geeignet. Der Aufbau der oberen Reaktorinnenkonstruktion ist zur Erleichterung des Feststellens eines schadhaften Brennstoffelementes vereinfacht. Die Herstellungskosten für die obere Reaktorinnenkonstruktion sind vermindert und der Austausch einer einzelnen Führungsrohranordnung ist ohne Austausch der gesamten oberen Reaktorinnenkonstruktion möglich.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ι l.yPrüfeinrichtung zum Peststellen schadhafter Brennstäbe in einem Kernreaktor, der einen Druckbehälter, einen Reaktorkern mit zwischen einer unteren Tragplatte und einer oberen Tragplatte montierten Brennstoffelementen, weiter in ausgewählten Brennstoffelementen angeordnete, axial verschiebliche Steuerstäbe mit daran befestigten Steuerstabantriebsstangen, welch letztere sich durch, durch den Druckbehälterdeckel hindurchführende Adapterrohre erstrecken, ferner ein unter Druck stehendes Kühlmittel sowie kühlmittelbetätxgbare Steuerstabantriebe zum Antrieb der Steuerstabantriebsstangen zum Zwecke des Anhebens der Steuerstäbe aufweist, gekennzeichnet durch Mittel (4l, 73, 36) zur Zuleitung von Kühlmittel ausschließlich von den ausgewählten Brennstoffelementen (14) zu den entsprechenden Steuerstabantrieben (31) und durch ein Strahlenspürgerät (91), welchem Kühlmittel von jeweils einem dieser Steuerstabantriebe zum Zwecke der Peststellung zugeleitet wird, ob das jeweils entsprechende Brennstoffelement einen schadhaften Brennstab aufweist.

   2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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   daß die Steuerstäbe (38) durch Elektromagnete (34) in ihrer angehobenen Stellung gehalten werden, und daß diese Elektromagnete und ein damit zusammenwirkendes Ventil (32) bewirken, daß eine Kühlmittelprobe aus dem betreffenden ausgewählten Brennstoffelement (14) entnommen wird,

   ■ 3. Einrichtung nach,Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstäbe (38) in Führungsrohren (4l) angeordnet sind und daß zwischen diesen Führungsrohren und den Adapterrohren (36) jeweils eine Dichtung (73) vorgesehen ist, so daß die Adapterrohre mit den ihnen jeweils zugeordneten Führungsrohren jeweils ein isoliertes Leitungssystem für die Kühlmittelproben bilden»

   4« Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (73) eine im Druckbehälter (10) montierte Kopfplatte (45), an welcher die oberen Enden der Führungsrohre (41) befestigt sind, eine auf dieser Kopfplatte befestigte Grundplatte (70), eine auf das untere Ende des Adapterrohres (36) aufgeschraubte Hülse (75), eine im allgemeinen konische Dichtungsmanschette (74), die von der Hülse beweglich gehaltert ist und mit ihrem flachen Rand (77) die Oberfläche der Grundplatte berührt, ferner Federmittel (78) zur Erzeugung eines Berührungsdruckes zwischen der Dichtungs-

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   manschette und der Grundplatte sowie zwischen der Dichtungsmanschette und der Hülse angeordnete Dichtmittel (82) aufweist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel einen Dichtungsring (82) und eine Federung zum Anpressen des Dichtungsringes an die Hülse (75) und an die Dichtungsmanschette (7*0 aufweisen.

   6» Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (75) eine Nut (90) aufweist, und daß als Federung ein in der Nut angeordneter gewellter Federring (83) dient.

   7· Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung eine Tellerfeder (84) und eine in Ringform gelegte Schraubenfeder (85) aufweist.

   8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Steuerstabantriebsstange (37) mindestens zwei Steuerstäbe (38) befestigt sind und daß die Steuerstabantriebsstangen eines ausgewählten Brennstoffelementes (14) innerhalb eines Tragrohres (23) kreisförmig um dessen Mittellinie herum angeordnet sind,

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   welches zwischen einer oberen Gerüstplatte (24) und der oberen Reaktorkerntragplatte (16) verläuft und die Steuerstabantriebsstangen und die Steuerstäbe des betreffenden Brennstoffelementes umgibt,

   9, Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre (41) jeweils eine Steuerstabantriebsstange (37) und die daran befestigten Steuerstäbe (38) umschließen.

   10, Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß von einer Anzahl kreisförmig angeordneter Führungsrohre (4l) die eine Hälfte der Führungsrohre einen im allgemeinen dreieckigen Querschnitt und die andere Hälfte der Führungsrohre einen im allgemeinen länglichen Querschnitt aufweist, daß ferner die Führungsrohre länglichen Querschnitts jeweils zwischen den Führungsrohren dreieckigen Querschnitts angeordnet sind und daß sämtliche Führungsrohre, einstückig mit ihnen ausgebildete, im Querschnitt im allgemeinen kreisrunde Teile zur Aufnahme und Führung der Steuerstabantriebsstangen und der Steuerstäbe aufweisen.

   11, Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der jeweils eine kreis-

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   förmige Anordnung von Führungsrohren (4l) umgebenden Tragrohre (23) jeweils mit gegenseitigen Abständen im allgemeinen ringförmige Halteplatten (42) an den Führungsrohren befestigt sind, welche die Führungsrohre in der vorgesehenen gegenseitigen seitlichen Lage innerhalb des Tragrohrs halten und eine zusammenhängende Führungsrohranordnung herstellen.

   12, Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Halteplatten (42) an ihrem Außenumfang jeweils mit gegenseitigen Winkelabständen angeordnete Schlitze (44) aufweisen, und daß zum Zwecke der Ausrichtung der Führungsrohranordnungen innerhalb der Tragrohre (23) mit den genannten Schlitzen zusammenwirkende Keile (47) an den Tragrohren befestigt sind.

   13, Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragrohre (23) in ihren Wandungen in gleichen Winkelabständen wie die Schlitze (44) in den ringförmigen Halteplatten (42) angeordnete Durchbrüche (49) aufweisen, und daß die Keile (47) in diesen Durchbrüchen angeordnet sind.

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