DE2528422A1

DE2528422A1 - Verfahren und vorrichtung zum lokalisieren defekter brennstaebe eines kernreaktor-brennelementes

Info

Publication number: DE2528422A1
Application number: DE19752528422
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Jester; Rudolf Dipl Ing Zipser
Original assignee: Babcock Brown Boveri Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1976-12-30
Also published as: ATA434476A; FR2315749B1; GB1513703A; IT1061999B; AT359608B; DE2528422B2; FR2315749A1; CH602996A5; DE2528422C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstäbe eines Kernreaktor-Brennelementes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden defekter Brennstäbe innerhalb kompletter Brennelemente, die in wassergekühlten Kernreaktoren zum Einsatz kommen.

Der Kern eines leichtwassergekühlten Reaktors besteht aus ca. 40 - 50 tausend Brennsläben, die jeweils in einzelne Gruppen von ca. 200 Stück zu sog. Brennelementen zusammengefaßt sind. Ein Brennelement ist aufgebaut aus zwei Endstücken, den Führungsrohren für die Aufnahme von Steuerbzw. Vergiftungsstäben, den Abstandshaltern für die Positionierung der Brennstäbe sowie den Brennstäben. Die Brennstäbe, deren Hüllen aus Zircaloy-4 bestehen, enthalten Kernbrennstoff in oxidischer Form und sind an beiden Enden durch angeschweißte Endstopfen verschlossen.

Durch den Betrieb können bei einzelnen Stäben lokale Undichtheiten auftreten, durch die Kühlwasser eindringt und Spaltgase ausströmen. Durch das Austreten von gasförmigen Spaltprodukten in den Kühlmittelstrom wird dessen Radioaktivität erhöht.

In gewissem Umfang können Spaltprodukte im Kühlsystem geduldet werden. Es ist jedoch wünschenswert, ihre Menge wegen der

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Strahlenbelastung in der Nähe des Reaktorkühlsystems niedrig zu halten.

Aus diesem Grunde ist es notwendig, bei Stillstandzeiten, wie sie beispielweise zum Brennelementwechsel notwendig sind, die Brennelemente auf schadhafte Brennstäbe zu untersuchen.

Zur Durchführung dieser Untersuchungen wurde bereits vorgeschlagen (OS 21 37 641), die Brennstäbe im Innern mit Zusatzeinrichtungen zu versehen, die beim Eintreten von Wasser schwellen und das Hüllrohr der Brennstäbe aufweiten. Diese Aufweitung kann mit einer Lehrhülse erkannt werden.

Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß Einbauten in den Brennstäben vorgesehen werden müssen, die zur Funktion des Reaktors nicht notwendig sind. Weiterhin ist aus der OS 23 14 650 ein Verfahren bekannt, bei dem mittels Hochfrequenz-Energie das Hüllrohr unterhalb des Endstopfens erwärmt wird. Das sich in dem Heizbereich befindliche Wasser verdampft, wobei die entstehende Kondensatbildung durch verschiedene Meßverfahren erkannt wird. Da der Reaktor-Druckbehälterdeckel zum Entnehmen der Brennelemente nicht eher entfernt werden kann, bis in dem Reaktor-Druckbehälter Normaldruck herrscht, ist es möglich, daß die in den Brennstoffpellets enthaltene Restwärme das während dem Reaktorbetrieb bei hohem Druck in die defekten Brennstäbe eingedrungene Wasser aus den Lecks in das umgebende Wasser drückt.

Die Erfindung macht sich daher zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe eine schnelle und sichere Erkennung aller defekten Brennstäbe eines Brennelements möglich ist.

Die Lösung der Aufgabe ist in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den kennzeichnenden Teilen der weiteren

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Patentansprüche zu ersehen.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verfahren sowie der dazu benötigten Einrichtungen sind im einzelnen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die anhand der Fig. 1-4 erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt den Teilbereich eines Wasserbeckens 1, das vornehmlich zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen dient und innerhalb des Containments einer Reaktoranlage angeordnet ist.

Am Boden des Wasserbeckens 1 steht ein mit einem Deckel 2 verschließbarer Druckbehälter 3, der zur erfindungsgemäßen Überprüfung der Brennelemente auf beschädigte Brennstäbe während einer Stillstandszeit des Reaktors benötigt wird. Mittels nicht dargestellter Hebezeuge wird aus dem Reaktorkern ein Brennelement entnommen, eines der beiden Brennelementendstücke entfernt und das Brennelement 4 mit dem verbleibenden Brennelementendstück 5 voraus in den Druckbehälter 3 eingesetzt. Es ruht dabei auf einem Auflager 6, das mit Aussparungen 7 zur Arretierung des BrennelementendstUckes 5 versehen ist. Zur seitlichen Führung sind Abstandshalter 8 vorgesehen. Der Druckbehälter 3 wird mit einem Deckel 2 unter Zuhilfenahme von Dichtungen 10 und Verschraubungen 11 druckdicht verschlossen. An dem Deckel 2 sind unter Zwischenschaltung von Druckfedern 12 so viele Schallemissionsaufnehmer befestigt, wie das zu prüfende Brennelement Brennstäbe hat. Es können also alle Stäbe eines Brennelementes gleichzeitig überprüft werden.

Durch eine Vorzentrierung 14 ist sichergestellt, daß die in einem spiegelbildlichen Maßbild zur Brennstabaufteilung angeordneten Schallemissionsaufnehmer 13 sicher über die Brennstabenden gleiten und an diese mittels Federdruck angedrückt werden.

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Mittels einer nicht dargestellten Pumpe wird über eine Druckleitung 15 ein Druck aufgebaut, der vorzugsweise das beim Reaktorbetrieb herrschende Druckniveau erreicht. Das letzte Stück 15a der Druckleitung 15, die Abstandshalter 8 und das Auflager sind aus nichtmetallischem Werkstoff, um Nebengeräusche zu entkoppeln. Nach Erreichen des Enddruckes ist sichergestellt, daß jene Stäbe, in die beim Reaktorbetrieb Wasser eingedrungen war, auch im Prüfbehälter Wasser enthalten. Die Schallemissionsgeräte 13 nehmen jetzt aufgrund der verschiedenen Spannungszustände, die in unbeschädigten Hüllrohren und in HUllrohren, in die Wasser eingedrungen ist, herrschen, auch verschieden starke Schallwellen auf, die über Meßleitungen 16 an die Auswertungsstelle, die in der Schaltzentrale des Kraftwerks angeordnet sein kann, weitergeleitet werden. Bei einer Druckbeanspruchung entstehen typische Signale für unbeschädigte, teilweise mit Wasser gefüllte und vollkommen mit Wasser gefüllte Stäbe. Weiterhin werden aufgrund der während der Druckaufbauphase auftretenden Strömungsgeräusche, die durch das in die Lecks der defekten Brennstäbe einströmende Wasser hervorgerufen werden, Rückschlüsse auf die Größe der Lecks gemacht. Zur Aufnahme dieser Geräusche können ebenfalls die Schallemissionsaufnehmer 13 verwendet werden, da die Frequenz der Strömungsgeräusche gegenüber den durch den Druck in dem Material der Brennstabhüllrohre entstehenden Signale so unterschiedlich ist, daß sie mit Hilfe bekannter elektronischer Auflöser leicht unterschieden werden können.

Die Fig. 2 zeigt den Teilbereich eines Brennstabes mit aufgesetztem Schallemissionsaufnehmer in vergrößertem Maßstab. Der Brennstab 17 besteht aus einem Hüllrohr 18, in dem sich die Brennstoffpellets 19 befinden. Unter Zwischenschaltung von Abstandshalter-Federn 20 werden die Hüllrohre an beiden Enden mit Hilfe von eingeschweißten Endstopfen 21 gasdicht verschlossen. Der Schallemissionsaufnehmer 13 ist dabei vorzugsweise so ausgeführt, daß der Neigungswinkel seines Kegels

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größer ist als der Kegel des Endstopfens 21. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß neben einem durch die Druckfeder 12 unterstützten, vibrationsfreien Kontakt zwischen Endstück und Schallemissionsaufnehmer ein problemloses Lösen der Schallemissionsaufnehmer nach erfolgter Prüfung möglich ist.

In Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei zeigt Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 3 und Fig. 3 einen Schnitt der Fig. 4 entlang der Linie B-B.

Nach dieser Ausführung ist die Demontage eines Brennelementendstückes nicht erforderlich. Der Schallemissionsaufnehmer 13 befindet sich außerhalb des Druckbehälters 3 und ist über einen Schallemissionsleiter 22 und ein Kontaktstück 23 mit dem jeweils zu prüfenden Brennstab verbunden. Ein nichtmetallisches Isolierstück 24 verhindert das Übertragen vom Fremdgeräuschen aus dem Nachbarbrennstab. Die Elemente 13, 22, 23 und 24 können mit Hilfe nicht dargestellter Antriebe in Richtung der Pfeile 25 und 26 bewegt werden. Mit der Bewegung in Pfeilrichtung 25 wird nach Erreichen des erforderlichen Prüfdruckes ein Brennstab nach dem anderen überprüft, in dem Beispiel nach Fig. 4 also die Brennstäbe der Reihe 27, wobei die Stäbe der Reihe 28 als Gegenlager für das vorzugsweise angefederte Isolierstück 24 dienen. Ist die Reihe 27 durchgeprüft, wird das Kontaktstück 23 durch die Bewegung in Pfeilrichtung 25 außerhalb des Brennelementes gebracht. Durch eine Bewegung in Pfeilrichtung 26 werden Kontaktstück 23 und Isolierstück 24 in die strichpunktiert dargestellte Stellung gefahren und die Prüfung der Reihe 28 wird vorgenommen, wobei die Stäbe der Reihe 29 als Gegenlager für das Isolierstück 24 dienen. Über eine Meßleitung 16 werden die Signale an eine Auswertungsstelle weiter geleitet. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis alle Stäbe eines Brennelementes über-

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prüft sind. Mittels eines Faltenbalges 30 oder dgl. wird die Dichtheit des Druckbehälters auch während der Bewegungen in Richtung der Pfeile 25 und 26 sichergestellt. Der größere Zeitaufwand durch das einzelne Abfahren der Brennstäbe wird dadurch wieder ausgeglichen, daß kein Brennelement-Endstück entfernt werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich selbstverständlich für alle flüssigkeitsgekUhlten Reaktortypen einsetzen.

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Claims

APL 21/75 Patentansprüche

1./Verfahren zum Lokalisieren defekter Brennstäbe wassergekühlter Kernreaktoren innerhalb kompletter Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement (4) in einen wassergefüllten Druckbehälter (3) eingesetzt wird und nach Erreichen eines bestimmten Druckniveaus im Druckbehälter die unterschiedlichen Schallemissionssignale der einzelnen Brennstäbe als Indiz für eingedrungenes Wasser benützt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusche, die das während der Druckanstiegsphase durch die Leckstellen in das Innere von defekten Brennstäben einsirömende Wasser hervorruft, Aufschluß über die Größe dieser Leckstellen gibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Schallemissionssignale und die Einströmgeräusche von Schallemissionsaufnehmern (13) aufgenommen, an Meßstellen weitergegeben und von elektronischen Auflösern analysiert werden.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallemissionsaufnehmer (13) auf die Endstopfen (21) der Brennstäbe (17) aufgesetzt sind und mittels Druckfedern (12) angedrückt werden.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallemissionsaufnehmer (13) außerhalb des Druckbehälters (3) angeordnet sind und über Schallemissionsleiter (22) und Kontaktstücke (23) mit den zu prüfenden Brennstäben verbunden sind.

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