DE2332958A1 - METHOD OF DETECTING LEAKS OF THE SHELLS OF NUCLEAR FUEL NEEDLE WITH THE AID OF INDICATOR GASES AND CAPSULES FOR CARRYING OUT SUCH METHOD - Google Patents
METHOD OF DETECTING LEAKS OF THE SHELLS OF NUCLEAR FUEL NEEDLE WITH THE AID OF INDICATOR GASES AND CAPSULES FOR CARRYING OUT SUCH METHODInfo
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Description
Verfahren zum Erkennen von Undichtigkeiten der Hüllen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen und Kapsel zum Durchführen eines solchenMethod for detecting leaks in the shells of nuclear fuel needles with the aid of indicator gases and capsule for performing such
VerfahrensProcedure
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Undichtigkeiten der Hüllen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen, die in geschlossenen Kapseln in die zu überwachenden Hüllen eingebracht und darin auf thermischem Wege freigesetzt werden, sowie auf zum Durchführen eines solchen Verfahrens geeignete Kapseln.The invention relates to a method for detecting leaks in the sheaths of nuclear fuel needles With the help of indicator gases, which are introduced into the envelopes to be monitored in closed capsules and are then exposed to thermal Ways to be released, as well as capsules suitable for carrying out such a procedure.
Die Markierung eines Austritts von Kernbrennstoff beim Undichtwerden einer ihn umgebenden Hülle mit Hilfe von Indikatorgasen ist bereits bekannt. Die in das Innere einer Kernbrennstoffnadel eingeführten Indikatorgase können solange nicht daraus entweichen, wie die den Kernbrennstoff umgebendeThe marking of a leak of nuclear fuel when a surrounding envelope leaks with the help of indicator gases is already known. The indicator gases introduced into the interior of a nuclear fuel needle can take as long do not escape from it, like the one surrounding the nuclear fuel
410- (B46O3. J)-DfP 309882/0693 410- (B46O3. J) -DfP 309882/0693
Hülle dicht geschlossen ist. Das Auftreten der Indikatorgase außerhalb der den Kernbrennstoff umgebenden Hüllen ist daher ein Anzeichen dafür, daß diese Hüllen sich in schlechtem Zustand befinden und gegebenenfalls ersetzt werden müssen.Case is tightly closed. The appearance of the indicator gases outside the envelopes surrounding the nuclear fuel is therefore an indication that these casings are in poor condition and may need to be replaced Need to become.
Bekannt ist weiter ein Verfahren zum Lokalisieren von solchen HüllenbrUchen, das darin besteht, daß sämtliche Kernbrennstoffnadeln einer Kernbrennstoffanordnung mit einem spezifischen Indikatorgas markiert werden. Kommt es nun zu einem Hüllenbruch in der Kernbrennstoffanordnung, so braucht nur noch die Zusammensetzung des freigesetzten Indikatorgases festgestellt zu werden, um zu wissen, in welcher Kernbrennstoffanordnung bzw. an welcher Stelle im Kernreaktor der HUllenbruch aufgetreten ist. Dabei wird die Lokalisierungsgenauigkeit umsogrößer, je größer die Anzahl der verfügbaren Indikatorgase ist.Also known is a method for localizing such hull breaks, which consists in removing all Nuclear fuel needles with a nuclear fuel assembly marked with a specific indicator gas. If the hull rupture occurs in the nuclear fuel assembly, so only the composition of the released indicator gas needs to be determined in order to know in which nuclear fuel assembly or at which point in the Nuclear reactor the HUllenbruch has occurred. The greater the number, the greater the localization accuracy of available indicator gases.
Bei einem Atomkernreaktor mit schnellen Neutronen werden als solche Indikatorgase stabiLäTe Isotope des Xenons und genauer Mischungen des natürlichen Xenons mit Xenonisotopen verwendet. Auf diese Weise erhält man Indikatorgase, dieIn an atomic nuclear reactor with fast neutrons, indicator gases are stable isotopes of xenon and more precisely mixtures of natural xenon with xenon isotopes are used. In this way, indicator gases are obtained which
129 124 129 126 durch die Isotopenverhältnisse Xe /Xe , Xe /Xe und Xe /Xe · " " _ . gekennzeichnet sind.129 124 129 126 by the isotope ratios Xe / Xe, Xe / Xe and Xe / Xe · "" _. Marked are.
In gleicher Weise lassen sich Mischungen der Isotope des Kryptons als Indikatorgase verwenden, wobei diese Mischungen durch die Isotopenverhältnisse Kr /Kr' , Kr /KrIn the same way, mixtures of the isotopes of krypton can be used as indicator gases, these Mixtures through the isotope ratios Kr / Kr ', Kr / Kr
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und Kr /Kr gekennzeichnet sind.84 82
and Kr / Kr are marked.
Die jeweiligen Mischungen aus den Isotopen des Xenons und des Kryptons können für sich allein, aber auch in gegenseitiger Mischung in die Hüllen der Kernbrennstoffnadeln eingeführt werden, wodurch sich eine weitere Vergrößerung inThe respective mixtures of the isotopes of xenon and krypton can be used for themselves, but also in mutual Mixture can be introduced into the sheaths of the nuclear fuel needles, causing further enlargement in
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der Anzahl der möglichenJKombinationen und damit eine Verbreiterung des Bereichs für die Erkennungsmöglichkeit von HülleribrUchen ergibt.the number of possible combinations and thus one Broadening of the area for the detection of HüllerbrUchen results.
Vor ihrer Einbringung in das Innere einer Kernbrennstoffnadel werden die Indikatorgase bei dem bekannten Verfahren in dichte Kapseln eingeschlossen, die aus einem Material mit niedriger Schmelztemperatur wie beispielsweise Indium bestehen. Die Indikatorgase werden dann aus diesen Kapseln freigesetzt, sobald die Temperatur in den Kernbrennstoffnadeln ausreicht, um das Material der Kapseln zum Schmelzen zu bringen. Eine solche Art der Einbringung der Indikatorgase in die Kernbrennstoff nadeln hat jedoch den Nachteil, daß das die Kapsel bildende Metall wie Indium nur eine geringe Pließfestigkeit zeigt und daher die Gefahr besteht, daß die Kapsel sich unter der Einwirkung erhöhter Drucke vorzeitig öffnet. Außerdem erweist sich das geschmolzene Material der Kapseln, das in den Kernbrennstoff eindringt, als ein für den Betrieb des Atomkernreaktor?, störendes Element.Before being introduced into the interior of a nuclear fuel needle, the indicator gases are used in the known Process enclosed in tight capsules made from a material with a low melting temperature such as Consist of indium. The indicator gases are then released from these capsules as soon as the temperature is reached in the nuclear fuel needles is sufficient to melt the material of the capsules. Such How the indicator gases are introduced into the nuclear fuel needles, however, have the disadvantage that the metal forming the capsule, such as indium, only has a low peel strength shows and therefore there is a risk that the capsule opens prematurely under the action of increased pressures. In addition, the molten material of the capsules that penetrates the nuclear fuel turns out to be a for the operation of the nuclear reactor ?, disruptive element.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Erkennung von Undichtigkeiten der Hüllen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen aufzuzeigen, die unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile eine Freisetzung der Indikatorgase im Inneren der zu überwachenden Hüllen ohne die gleichzeitige Erzeugung von Elementen gewährleistet, die ihrerseits zu Hüllenbrüchen Anlaß geben können.The invention is therefore based on the object of providing a way of detecting leaks in the casings of nuclear fuel needles with the help of indicator gases, avoiding the above Disadvantages a release of the indicator gases inside the envelope to be monitored without the simultaneous generation guaranteed by elements which in turn can give rise to hull ruptures.
Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Indikatorgase in die Hüllen in Kapseln eingebracht werden, die aus einem Material mit oberhalb derBased on a method of the type mentioned at the beginning, the object is thereby achieved according to the invention solved that the indicator gases are introduced into the shells in capsules made of a material with above the
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Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln liegendem Schmelzpunkt bestehen und durch Schmelzverschlüsse aus einem Materia], mit unterhalb dieser Betriebstemperatur liegendem Schmelzpunkt verschlossen sind.Operating temperature for the nuclear fuel needles Melting point consist and through fusible links from a Materia], with below this operating temperature lying melting point are closed.
Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Kapsel für die Aufnahme von Indikatorgasen ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Material mit oberhalb der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln liegendem Schmelzpunkt besteht und durch einen SchmelzverschluS aus einem Material mit oberhalb dieser Betriebstemperatur liegendern Schmelzpunkt verschlossen ist.One for carrying out the method according to the invention suitable capsule for the reception of indicator gases is accordingly characterized in that it is made of a material with above the operating temperature for The nuclear fuel needles have a lying melting point and are made of one material by a fusion seal with a melting point above this operating temperature is locked.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelangen die Indikatorgase in eine aus nichtschmelzbarem Material bestehende Kapsel eingeschlossen in das Innere der Kernbrennstoffnadeln, und diese Kapseln enthalten einen Auslaß für die Indikatorgase, der durch einen Schmelzverschluß verschlossen ist, der bei einer unterhalb der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln im Atomkernreaktor liegenden Temperatur zum Schmelzen kommt und dann die Indikatorgase in das Innere der Kernbrennstoffnadeln hinein austreten läßt. Dieser Schmelzverschluß der Kapseln kann insbesondere in einer Eins&iürung im Kapselhals liegen, und in Ausströmrichtung der Indikatorgase gesehen hinter dieser Einschnürung kann ein poröser Stopfen aus einem bei der Betriebstemperatur der Kernbrennstoffnadeln nichtschmelzendem Material angeordnet sein, der einen Austritt von geschmolzenem Material des Schmelzverschlusses aus der Kapsel verhindert, das Indikatorgas selbst jedoch ungehindert aus der Kapsel ausströmen läßt.In the context of the method according to the invention, the indicator gases enter a non-meltable material Capsule enclosed within the interior of the nuclear fuel needles, and these capsules contain an outlet for the indicator gases, which is closed by a fusible link, which is below the operating temperature for the nuclear fuel needles in the atomic nuclear reactor temperature is to melt and then the indicator gases can escape into the interior of the nuclear fuel needles. This fusion seal of the capsules can in particular lie in a constriction in the neck of the capsule, and Behind this constriction, seen in the outflow direction of the indicator gases, a porous stopper can be made from a Nuclear fuel needles non-melting operating temperature Material be arranged, the escape of molten material of the fusible link from the capsule prevented, but allows the indicator gas itself to flow out of the capsule unhindered.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Kapseln bestehen bevorzugt aus einem hochschmelzenden MaterialThe capsules used in the context of the method according to the invention preferably consist of a high-melting material
ORIQfNAL INSPECTEDORIQfNAL INSPECTED
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wie rostfreiem Stahl, v/ob ei dieses Material analo:; zu dem für die H. üllen der Kernbrennstoffnadeln sein kann. Auch die porösen Stopfen für die Kapseln bestehen aus einem hochschmelzenden Material, und sie weisen beispielsweise eine Porosität in der Größenordnung von 20 Mikron auf.like stainless steel, v / ob ei this material analogo :; to which can be for the hulls of the nuclear fuel needles. The porous stoppers for the capsules are also made of a high-melting material, and they have, for example porosity on the order of 20 microns.
Dank der erfindungsgemä.3 getroffenen Bauv/eise für die Kapseln können die darin eingeschlossenen Indikatorgase nach dem Schmelzen des Sehmelzverschlurses unter der Einwirkung höherer Temperaturen die Kapseln unter Durchqueren von deren porösen Stopfen verlassen, während das geschmolzene Material der Schmelzverschlüsse durch die porösen Stopfen zurückgehalten wird und daher jegliche Vergiftung des Kernbrennstoffs oder seiner Hüllen durch dieses Material vermieden bleibt.Thanks to the construction according to the invention for the capsules, the indicator gases enclosed therein can after melting the Sehmelzverschlurses under the influence higher temperatures leave the capsules passing through their porous stoppers while the molten one Material of the fusible plugs is retained by the porous stopper and therefore any poisoning the nuclear fuel or its cladding remains avoided by this material.
Bei für einen Einsatz in Atomkernreaktoren mit schnellen Neutronen bestimmten Kernbrennstoffnadeln werden die Kapseln bevorzugt in den in diesen Nadeln vorgesehenen Sammelkammern für Spaltgase untergebracht, sie können aber selbstverständlich auch an anderer Stelle in die Kernbrennstoff nadeln eingebracht werden, wie beispielsweise in den Raum, der zwischen den Kernbrennstofftabletten einerseits und dem im Bereich der den Tablettenstapel zusammenhaltenden Feder angeordneten Stopfen andererseits verbleibt.In the case of nuclear fuel needles intended for use in atomic nuclear reactors with fast neutrons, the Capsules are preferably accommodated in the collection chambers for fission gases provided in these needles, but they can of course also elsewhere in the nuclear fuel needles are introduced, such as in the space between the nuclear fuel pellets on the one hand and the stopper arranged in the area of the spring holding the stack of tablets together remains.
Das für die Ansammlung der sich aus dem Kernbrennstoff entwickelnden Spaltgase bestimmte Kammervolumen wird im übrigen durch die Anwesenheit der Kapsel mit dem Indikatorgas praktisch nicht verkleinert, da dieses Gas sich nach dem Schmelzen des Schmelzverschlusses der Kapsel über deren porösen Stopfen hinv/eg auch in den Innenraum der Kapsel hinein ausdehnen kann.The chamber volume intended for the accumulation of the fission gases developing from the nuclear fuel is im remaining by the presence of the capsule with the indicator gas practically not reduced, since this gas is after Melting of the fusible seal of the capsule via its porous stopper also into the interior of the capsule can expand into it.
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Pur die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Aus führungsbeispieljfür eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Kapsel sowie eine mit einer' solchen Kapsel ausgestattete .Kernbrennstoffnadel dargestellt sind. Dabei.zeigen in der Zeichnung:For the further explanation of the invention and its advantages, reference is now made to the drawing, in which a preferred exemplary embodiment for an im A capsule which can be used within the scope of the method according to the invention and a capsule equipped with such a capsule .Core fuel needles are shown. Show in the Drawing:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel undFig. 1 is a longitudinal section through an inventive trained capsule and
Fig.2 einen Axialschnitt durch eine mit einer solchen Kapsel ausgerüstete Kernbrennstoffnadel.2 shows an axial section through one with one such Capsule equipped nuclear fuel needle.
Die in Fig^l dargestellte Kapsel wird aus einem Rohr gezogen, und sie enthält eine Kammer 1, die durch die Wand 3 · dieses Rohres und durch einen Schmelzverschluß 2 begrenzt wird. Die Kammer 1 wird je nach der Art ihres Materials entweder durch eine Schweißnaht 4 oder durch einfaches Zusammenquetschen der Wand 3 verschlossen. Sie findet ihre Fortsetzung in einem Rohrabschnitt 5> der sozusagen einen Schwanz für die Kapsel bildet. Der Schmelzverschluß 2 liegt in einer Einschnürung 6, die durch Zusammendrücken der Rohrwand 3 erhalten werden kann. Ein zwischen der Einschnürung und dem oberen Teil 3' der Rohrwand 3 gelegener Raum 7 wird durch einen porösen Stopfen 8 aus gesintertem rostfreiem Stahl verschlossen; der Stopfen 8 ist dabei im Rohrabschnitt 3' durch zwei Sicken 9 und 10 festgelegt.The capsule shown in Fig ^ l is pulled out of a tube, and it contains a chamber 1 which is delimited by the wall 3 of this tube and by a fusible link 2 will. The chamber 1 is depending on the type of its material either by a weld 4 or by simple Squeezing the wall 3 closed. It is continued in a pipe section 5> which, so to speak, forms a tail for the capsule. The fusible link 2 is located in a constriction 6, which by pressing together the Pipe wall 3 can be obtained. A space 7 located between the constriction and the upper part 3 'of the pipe wall 3 is closed by a porous plug 8 made of sintered stainless steel; the plug 8 is in the pipe section 3 'set by two beads 9 and 10.
Fig. 2 zeigt eine Kernbrennstoffnadel 11 der Bauart FORTISSIMO, die mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kapsel ausgestattet ist, von der insbesondere die Rohrwand 3* die Einschnürung 6 und derjöchwanz 5 erkennbar sind. Von der Kernbrennstoffnadel 11 ist weiterhin deren erste Brennstofftablette 13 dargestellt, die im Inneren der HUlIeFig. 2 shows a nuclear fuel needle 11 of the type FORTISSIMO, which is equipped with a capsule designed according to the invention, of which in particular the pipe wall 3 * the constriction 6 and the yoke tail 5 can be seen. from the nuclear fuel needle 11 is still the first Fuel tablet 13 shown inside the HUlIe
30.^32/069130. ^ 32/0691
£OPY ORIGINAL WSPECTEI£ OPY ORIGINAL WSPECTEI
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der Kernbrennstoffnadel 11 auf einem Stützklotz 14 abgestützt ist, der seinerseits durch ein zylindrisches Abstandsstück 15 gehalten wird, das auf einer Ringschulter an einem kegelstumpfförmigen Sockel 17 Halt findet. Der Schwanz 5 der Kapsel ruht auf dem Scheitel lO des Sockels 17j der seinerseits am Grunde 19 der Kernbrennstoff nadel 11 sitzt. Genauer ausgedrückt bildet der von der Hülle 15, dem Stützklotz 14 und dem Grunde 19 der Kernbrennstoff nadel 11 umschlossene Raum eine Sammelkammer für sich im Kernbrennstoff entwickelnde Spaltgase.the nuclear fuel needle 11 is supported on a support block 14 is, which in turn is held by a cylindrical spacer 15 on an annular shoulder on a frustoconical base 17 is held. The tail 5 of the capsule rests on the vertex 10 of the Base 17j which in turn at the bottom 19 of the nuclear fuel needle 11 is seated. More precisely, that of the shell 15, the support block 14 and the base 19 forms the nuclear fuel Needle 11 enclosed space a collection chamber for the fission gases developing in the nuclear fuel.
Sobald die Temperatur der Kernbrennstoffnadel 11 hinreichend angestiegen ist, um die Schmelzverbindung 2 der Kapsel zum Schmelzen zu bringen, werden die im Inneren der Kammer in der Kapsel enthaltenen Indikatorgase frei und treten durch den porösen Stopfen 8 in das Innere der Kernbrennstoff nadel aus. Das geschmolzene Material des Schmelzverschlusses 2, das in den Raum 7 eintritt, wird durch den Stopfen S zurückgehalten und kann daher weder mit dem Kernbrennstoff noch mit dem Material der Hülle IjJ in Berührung kommen.As soon as the temperature of the nuclear fuel needle 11 is sufficient has risen to melt the fuse link 2 of the capsule, the inside of the chamber will be Indicator gases contained in the capsule are released and pass through the porous plug 8 into the interior of the nuclear fuel needle off. The molten material of the fusible link 2 entering the space 7 is through the Stopper S retained and can therefore neither with the nuclear fuel still come into contact with the material of the shell IjJ.
Die erfindungsgemäß ausgebildeten Kapseln sind so ausgestaltet, daß sie unter konstantem Druck mit einer vorgegebenen Menge an Indikatorgäs gefüllt werden können* Beispielsweise umfaßt ihre Herstellung und ihre Füllung nachstehende Phasen: 'The capsules designed according to the invention are designed so that they can be filled with a given amount of indicator gas under constant pressure * For example Their preparation and filling includes the following phases: '
Formung der Rohform ausgehend von gezogenen Rohren, Verschließung eines Endes durch ZusammenquetsehenForming the raw form starting from drawn tubes, closing one end by squeezing them together
oder· Schmelzen mit einer Schmelzverbindung aus Zinn oderor · Melting with a fusible link of tin or
r, und Festlegungjdes porösen Stopfens, r, and fixing the porous plug,
3 fj '■ / Π π ο ι3 fj '■ / Π π ο ι
BAb OPaGlNAL C0PY BAb OPaGlNAL C0PY
Ausbildung eines linearen Kolbens,Formation of a linear piston,
- Einführung des Kolbens in eine unter Heliumatmosphäre stehende Handschuhkammer über eine Vakuumschleuse,- Introduction of the piston into a glove chamber under a helium atmosphere via a vacuum lock,
automatisches Ansetzen ,jedes Hohlraums der Kapsel an eine Füllstation*automatic attachment to each cavity of the capsule a filling station *
Einführung einer vorgegebenen Menge an Indikatorgas in die Kapsel,Introduction of a predetermined amount of indicator gas in the capsule,
Abschnüren den Schwanzes durch elektrisches Verschweißen eines !'indes, Constricting the tail by electrically welding one! 'Meanwhile,
Rückführung in Tonnenfarm undReturn to barrel farm and
Herausnahme des T-önnohens · aus "der Ilandsehuhkammer,Removal of the T-önnohens · from "the Ilandsehuhkammer,
Selbstverständlich ist die oben beschriebene Herstellung.^- weise für eine erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel lediglich als Ausführungsbe.ispiel zu verstehen, und es können daran zahlrei -;he Abwandlungen und: änderungen vorgenommen werden, die für den Fachmann auf der Hand liegen» ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.It goes without saying that the production described above is possible. ^ - wise to understand a capsule designed according to the invention only as an exemplary embodiment, and it can numerous modifications and changes made which are obvious to the expert »without thereby leaving the scope of the invention.
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| GB1411308A (en) | 1975-10-22 |
| FR2191216A1 (en) | 1974-02-01 |
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