DE2626805C2

DE2626805C2 - Vorrichtung zum Lokalisieren fehlerhafter Kernbrennstoffelemente

Info

Publication number: DE2626805C2
Application number: DE2626805A
Authority: DE
Inventors: Robert Nelson Alamo Calif. Osborne
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1986-11-20
Also published as: FR2315148A1; SE7606876L; US4034599A; SE428612B; JPS523997A; CH599656A5; FR2315148B1; IT1061080B; JPS5853758B2; DE2626805A1; MX3235E; ES448633A1

Description

gekennzeichnet durch

g) Wasser als Flüssigkeit zum Füllen der Testkammer (1),

h) ein in der Gaszufuhrleitung angeordnetes Reservoir (10), das das von dem eingelassenen Gas verdrängte Wasser aufnimmt,

i) die Anordnung der Pumpe (18) in der Gaszufuhrleitung zw;xhen dem Reservoir (10) und dem Strahlungsmonitor (24) und

j) ein Zweiweg-Ventil (B) in der Gasauslaßleitung (30,32), dessen einer Weg zur-· Abgassystem (31) und dessen anderer Weg zum Oaseinlaß (5) führt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser enthaltende Teil des Reservoirs (10) durch eine absperrbare Abzugsleitung (8) mit der Testkammer (1) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas enthaltende Teil des Reservoirs (10) durch eine absperrbare Abgasleitung (38) mit dem Abgassystem (31) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszufuhrleitung zwischen Reservoir (10) und Pumpe (18) ein Gaskühler (11) angeordnet ist, der im Gas enthaltende Feuchtigkeit kondensiert.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, so dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszufuhrleitung zwischen Gaskühler (11) und Pumpe (18) auf einer federbelasteten Plattform (15) ein Behälter (13) angeordnet ist und daß Schalterkontakte (16) auf der federbelasteten Plattform (15) montiert sind, ss um die Pumpe (18) abzustellen und die Abgasleitung (38) des Reservoirs (10) zu öffnen, sobald der Wasserstand in dem Behälter (13) eine vorbestimmte Höhe erreicht.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lokalisieren fehlerhafter Kernbrennstoffelemente mit folgenden Bestandteilen:

a) eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Testkammer, die ein zu testendes Kembrennstoffelement abgedichtet einschließt,

b) einen Gaseinlaß im Bodenteil der Testkammer,

c) eine Pumpe,

d) einen Strahlungsmonitor zur Aktivitätsüberwachung von Gas,

e) eine Gaszufuhrleitung von der Testkammer zu dem Strahlungsmonitor und

f) eine von dem Strahlungsmonitor wegführentse Gasauslaßleitung, die mit einem Abgassystem verbunden ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus »Kurzberichte der Reaktortagung 1971«, Bonn, Seiten 453 bis 456, insbesondere Fig. 2, bekannt. Sie wird dort zur Untersuchung von mit flüssigem Natrium gekühlten Kernbrennstoffelementen verwendet. Die Testkammer ist dabei ebenfalls mit flüssigem Natrium gefüllt.

Im Zusammenhang mit wassergekühlten Kernreaktoren ist es auch bekannt, Kernbrennstoffelemente aus dein Kern herauszuheben and für Testzwecke in einem mit Wasser gefüllten abgedichteten Behälter anzuordnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachweisempfindlichkeit der eingangs genannten Vorrichtung, die in den genannten »Kurzberichten« beschrieben ist, durch verschieden einstellbaren Unterdruck zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

g) Wasser als Flüssigkeit zum Füllen der Testkammer, h) ein in der Gaszufuhrleitung angeordnetes Reservoir, das das von dem eingelassenen Gas verdrängte Wasser aufnimmt,

i) die Anordnung der Pumpe in der Gaszufuhrleitung zwischen dem Reservoir und dem Strahlungsmonitor und

j) ein Zweiweg-Ventil in der Gasauslaßleitung, dessen einer Weg zum Abgassystem iftad dessen anderer Weg zum Gaseinlaß führt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist brauchbar für einen SWR, DWR oder irgendeinen anderen wassermoderierten Reaktor, und sie erlaubt einen empfindlichen Nachweis von Fehlern an Kernbrennstoffelementen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß statt der Temperatur auch der Druck dazu verwendet werden kann, um Spaltgas aus fehlerhaften Kernbrennstoffelementen herauszutreiben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die zu untersuchenden Kernbrennstoffelemente aus dem Kern des Kernreaktors in einer mit Wasser gefüllten Testkammer eingeschlossen.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Luft in die Testkammer eingeführt; diese drückt einen Teil des Wassers oberhalb der Kernbrennstoffelemente weg. Dies dient zur Bildung einer Lufttasche oberhalb der Kernbrennstoffelemente, reduziert den Druck in der Testkammer und reinigt das das Kernbrennstoffelement umgebende Wasser von Spaltgasen, die aus fehlerhaften Kernbrennstoffelementen abgegeben werden. Die Aktivität der mit der Luft mitgerissenen Spaltgase wird dann durch Hindurchführen der Luft durch einen geeigneten Strahlungsmonitor gemessen. Der Druck in der Testkammer wird dann weiter bis zu einem Vakuum verringert, um die Abgabe von Spaltgasen zu vergrößern. Der Druck in der Testkummer wird

beim Vakuum gebalten und das für Testzwecke aus der Lufttasche oberhalb des Brennstoffes abgezogene Gas wird zurückgeführt, um kontinuierlich das das Kernbrennstoffelement umgebende Wasser von freigesetzten Spaltgasen zu reinigen. s

Vorteilhafte Ausführungsfonnen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Unteiansprüchen. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt ίο

Fig. 1 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer schematischen Ansicht der Vorrichtung.

Fig. 2 eine tabellenförmige Wiedergabe der Wirkungsweise eines in der Vorrichtung verwendeten Zweiweg-Ventils und

Fig. 3 eine teilweise scheniatische, teilweise tabellenförmige Darstellung eines Hauptsteuer-Plattenschalters mit sechs Stellungen, der vorteilhaft in der Vorrichtung verwendet wird.

Die Vorrichtung der Fig. 1 gibt eine Ausführungsform der Erfindung wieder, in der Kembrennstoffelemente aus dem Kern eines SWR, DWR oder eines anderen wassermoderierten Reaktors untersucht werden. Da die zu untersuchenden Kembrennstoffelemente aus dem Kern des Reaktors herausgenommen werden müssen, wird davon ausgegangen, daß der Test während einer Wiederbeladung des Reaktors mit Brennstoff stattfindet und eine Vorrichtung, wie eine Wiederbeladungsplattform und geeignete Greifer- und Hebeeinrichtungen zum Bewegen der Kernbrennstoffelemente aus dem Kern des Reaktors zur Verfugung stehen. Im Kern eines Kernreaktors ist jedes Kernbrennstoffelement als Bündel aus abgedichteten Teilen zusammengesetzt, die die Form von Rohren, Stangen oder Platten haben.

Die Vorrichtung der Fig. 1 schließt eine Testkammer 1 ein, die in einem Brennelementbecken 2 angeordnet ist. Die Testkammer 1 ist aus einer Kanne 3 und einem darauf montierten Kannenkopf 4 zusammengesetzt. Obwohl nur ;ine Kanne 3 abgebildet ist, können normalerweise bis zu fünf Kannen beim Testen verwendet werden. Es braucht jedoch nur ein Kannenkopf 4 vorgesehen zu sein, da er für das nacheinander ausgeführte Testen der darin angeordneten Kernbrennstoffelemente von Kanne zu Kanne bewegt werden kann. Die Kanne 3 weist einer. Gaseinlaß in Form eines Gasverteilers 5 zum Erzeugen von Gasblasen auf, der im unteren Teil der Kanne 3 angeordnet ist. Der Gasverteiler 5 dient dazu, die Reinigungsluft zu einer Menge von Luftblasen zu verteilen. Die RückfüLrungsleitung 6 führt die Luft dem Gasverteiler 5 zu. Der Kannenkopf 4 ist mit der Gaszufuhrlütung 7 und dei Abzugsleitung 8 verbunden. Die Reinigungsluft und das Spaltgas werden in einer Lufttasche 9 eingefangen und zum Überwachen durch die Gaszufuhrleitung 7 entfernt. Alle Leitungen zu der Kanne 3 und dem Kannenkopf 4 sind Rohre aus Gummi »der Kunststoff mit kleiner Bohrung.

Der Rest der Vorrichtung ist oberhalb des Brennelementbeckens angeordnet. Die Gaszufuhrleitung 7 führt die Reinigungsluft und das Spaltgas, das im folgenden als Probengas bezeichnet wird, zu einem Reservoir 10, dessen Größe so gewählt ist, daß es mindestens das Doppelte des Volumens des durch die Lufttasche 9 verdrängten Wassers faßt. Das Probengas wird dann durch die Leitung 12 zu einem Gaskühler 11 geführt. Die Anwendung des Gaskühlers 11 ist vorteilhaft, um die Kondensation von Wasserdampf in anderen Teilen der Vorrichtung zu verhindern. Dies ist besonders wichtig, wenn der Druck gering ist und wenn die Temperatui des Brennelementbeckens die Umgebungstemperatur übersteigt. Das Probengas verläßt den Gaskühler 11 und tritt über die Leitung 14 in eine erste Wasserfalle 13 ein. Die erste Wasserfalle 13 ist auf einer federbelasteten Plattform 15 montiert, die Schalterkontakte aufweist, die eine Pumpe 18 ausschalten und ein fernbedientes Ventil A und damit die Abgasleitung 38 öffnen, wenn die Falle 13 bis zu einer vorbestimmten Höhe mit Wasser gefüllt ist. Diese Sicherheitsmaßnahme verhindert, daß die Pumpe 18 die Vorrichtung in dem Falle flutet, in dem der Kannenkopf 4 für die Vakuumschritte des Testverfahrens nicht richtig abgedichtet ist. Die Wasserfalle 13 kann über die ventilgesteuerte Ablaßleitung 19 geleert werden. Das Probengas verläßt die erste Wasserfalle 13 durch die Leitung 17 zur Seite der Pumpe 18 mit geringem Druck.

Die Pumpe 18 sollte ein abgedichtetes Schmier- und Antriebssystem aufweisen und in der Lage sein, ein Vakuum zu erzeugen und Druck zu liefern. Eine ölgeschmierte Flügelradpumpe kann v»:wendet werden, doch mag wiederholtes Auseinanderhalten und Reinigen erforderlich sein. Deshalb wird eine Diaphragma-Pumpe bevorzugt. Vakuum-Meßgerät 20 und Druckmeßgerät 21 können vorhanden sein, um die I^istungsfähigkel; der Pumpe 18 zu überwachen. Vakuum-Meßgerät 20 bzw. Druck-Meßgerät 21 sind mit der Aufnahme- bzw. Abgabeseite der Pumpe 18 verbunden. Die Pumpe 18 gibt über die Leitung 23 an eine zweite Wasserfalle 22 ab. Das Probengas wird datin durch die Leitung 25 zu einem Strahlungsmonitor 24 geleitet.

Der Monitor 24 ist aus einer Monitorkammer 26, einem Detektor 27, einem Impulsfrequenzmeßgerät 28 und einem Aufzeichnungsgerät 29 zusammengesetzt. Das Volumen der Monitorkammer 26 liegt in der Größenordnung von 100 ml, kann jedoch je nach der erwünschten Empfindlichkeit vergrößert oder verkleinert werden. Eine größere Monitorkammer würde die Empfindlichkeit des Monitors vergrößern. Der Detektor 27 kann ein Beta-Szintillator aus Kunststoff sein, der mit etwa 10 cm dickem Blei abgeschirmt ist. In der vorliegenden Ausführungsform des Meßgerätes 28 für die Impulsfrequenz ist eine Verstärker-Diskriminator-Schaltung handelsüblicher Art damit verbunden, die dazu benutzt werden kann, den Monitci vorzugsweise für die Messung von Kr⁸⁵ in Gegenwart von Xe"³ vorzuspannen oder so einzustellen, daß die beiden Gase mit gleicher Wirksamkeit gemessen werden. Andere Arten von Beta-Detektoren, wie das Geiger-Müller-Detektorrohr, können verwendet werden, wenn nicht der Wunsch besteht, Kr⁸⁵ vorzugsweise zu überwachen. Wenn es erwünscht ist, daß vorzugsweise Xe"³ überwacht wird, dann kann ein Gamma-Detektor verwendet werden, wie ein thalliumaktivierter Natriumjodidkristall. Wenn die zu testenden Kerabrennstoffelemunte kurz davor für die Energieerzeugung im Kern eines Kernreaktors verwendet worden sind, dann mag es erwünscht sein, vorzugsweise Xe¹³³ zu überwachen, doch wird mit zunehme." der Zeit weniger von dem kurzlebigen Xe"³ vorhanden sein und dann wird es zweckmäßiger, die Anwesenheit des längerlebigen Kf*³ zu überwachen.

Das Probengas verläßt die Monitorkammer 26 durch die Leitung 30 und tritt in ein Zweiweg-Ventil B ein. Wie sich auch aus du Fig. 2 ergibt, kann das Zweiweg-Ventil B das Probengas in eine von zwei Richtungen leiten. Befindet sich dieses Ventil B in der in Fig. 2 mit 1 bezeichneten Position, dann leitet das Zweiweg-Ventil

B die Strömung durch die Leitung 32 zum Abgassystem 31. Befindet sich das Zweiweg-Ventil B in der in Fig. 2 mit Position 2 bezeichneten Stellung, dann leitet das Ventil die Strömung durch die Leitung S in die Testkammer 1 zurück. s

Zur Erleichterung der Säuberung und/oder zur Verringerung der Hintergrund-Impulsfrequenz werden entmineralisiertes Wasser 33 und Druckluft 34 benutzt. Der 2'.ugang zum Luftvorrat 34 und zum Wasservorrat 35 wird durch Bewegen einer raschen Unterbrecherkupplung 35 zu den Verbindungen 36 und 37 erhalten. Die Strömung von Luft und Wasser wird durch die fernbetätigten Ventile D und C gesteuert.

Zur Erleichterung der Säuberung und zum Entfernen des Kannenkopfes 4 ist auch eine Abzugsleitung 8 vor- is gesehen, die vom Kannenkopf 4 zum das Wasser enthaltenden Teil des Reservoirs 10 verläuft. Diese Leitung ist normalerweise durch das fernbediente Ventil E verschlossen. Der das Oas enthaltende Teil des Reservoirs 10 ist auch mit einer Abgasleitung 38 versehen, die zu dem Abgassystem 31 führt. Das fernbetätigte Ventil A schließt normalerweise die Abgasleitung 38 ab. Die Betätigung der Ventile A und E gestattet es der Ln der Lufttasche 9 eingefangenen Luft, zu entweichen, und diese wird dann durch Wasser aus dem Reservoir IG ersetzt. Das Ventil A kann auch mit Hilfe eines Signals geöffnet werden, das durch die Schalterkontakte 16 erzeugt wird, um das System zu lüften und ein versehentliches Fluten der Vorrichtung zu vermeiden.

In Fig. 3 ist ein zentraler Kontrollschalter 41 gezeigt, der sechs Positionen aufweist und der den Betriebsmodus des Systems bestimmt, indem er die Position der fernbetätigten Ventile A, B, D und E einstellt und den Betrieb der Pumpe 18 steuert. Die Fig. 3 zeigt auch eine tabellenförmige Darstellung des Zustandes der Ventile A. B, D und E und der Pumpe 18 in den verschiedenen Positionen des Schalters 41.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird das zu testende Kernbrennstoffelement in der Kanne 3 angeordnet und der Kopf 4 der Kanne aufgelegt. Die Bedienungsperson beginnt dann mit einer Luftspülung bzw. Reinigung des Systems. Die Spülung wird bewerkstelligt mit dem Schalter 41 in Position Λ wobei Ventil A geschlossen, Ventil B entlüftet. Ventil D offen und Ventil E offen sind und die Pumpe 18 abgeschaltet ist. Die Spülung muß nur so lange ausgeführt werden, bis das System eine gewünschte Hintergrund-Impulsfrequenz aufweist. Dann wird in einer ersten Stufe des Testverfahrens der Schalter 41 in Position // gestellt, was das Ventil E schließt, um zu verhindern, daß das mit der Lufttasche 9 so verdrängte Wasser in den oberen Teil des Kannenkopfes 4 zurückgelangen kann. Die Bildung der Lufttasche 9 drückt auch das Wasser aus der Gaszufuhrleitung 7 und dient zur Verringerung des Druckes in der Testkammer 1. Durch die Freigabe von Spaltgasen, die durch eine Verringerung des Druckes erleichtert wird, können während der anfänglichen Lufspülung um die Kernbrennstoffelemente herum gebildete Luftblasen Spaltgas einschließen. Wenn es also während der anfänglichen Luftspülung oder während der Bildung der Lufttasche schwierig wird, eine Hintergrund-Impulsfrequenz beizubehalten, dann ist es sehr wahrscheinlich, daß das getestete Kernbrennstoffelement Fehler aufweist. Es ist jedoch hn allgemeinen ratsam, zur Überprüfung noch die nächste Stufe auszuführen. Die folgenden Stufen können ohne Mithilfe einer Druckluftquelle für Reinigungsluft ausgeführt werden, wenn das Brennelementbecken nicht mehr als etwa 9 m tief ist, indem man das Ventil D zur Atmosphäre hin offen hat und nicht zum Luftvorrat 34 und indem man die Pumpe 18 als Vakuumpumpe betreibt. Die zieht Luft durch das Ventil D herein und stößt sie durch das Ventil B in das Abgassystem aus.

In einer zweiten Stufe des Verfahrens wird der Schalter 41 in Stellung /// bewegt und damit Ventil D geschlossen und die Pumpe 18 angestellt, um ein Vakuum an die Testkammer 1 zu legen. Normalerweise sollte die Bedienungsperson das getestete Kernbrennstoffelement einem Vakuum von etwa SO 000 Pa oder mehr aussetzen. Wenn jedoch zu irgendeiner Zeit während dieser Stufe die Impulsfrequenz eine starke Zunahme zeigt, dann werden die Kernbrennstoffelement-Defekte als überprüft bzw. vorhanden betrachtet, und die Bedienungsperson sollte den Test rasch beenden, um eine Verunreinigung des Systems und eine unnötige Abgabe von Spaltgas an die Umgebung möglichst gering zu halten. Wenn keine beirächiiiehe Zunahme der Aktivität stattfindet, sollte die Bedienungsperson zur weiteren Überprüfung zur nächsten Stufe übergehen.

In dieser dritten Stufe des Verfahrens wird der Schalter 41 in die Position IV bewegt und dabei das Ventil B zur Rückführung des Vakuums zur Testkammer gedreht. Während der Druck in der Testkammer 1 bei einem Vakuum von etwa 50 000 Pa oder mehr gehalten ist, wird w» dieser Stufe das aus der Luftkammer 9 für Testzwecke abgezogene Probengas kontinuierlich zurückgeführt. Die Zurückführung des Probengases zur Testkammer 1 erfolgt über die Rückführungsleitung 6 zum Gasverteiler 5, der das Probengas zu einer Masse von Blasen vcteilt, um ein kontinuierliches Herausspülen der freigesetzten Spaltgase aus dem das Kernbrennstoffelement umgebenden Wasser zu bewirken. Während dieses Teils des Testes wird beim Auftreten einer konstanten Zunahme der Impulsfrequenz, selbst wenn sie langsam erfolgt, das Vorhandensein eines Kernbrennstoffelement-Defektes als gesichert angenommen. Hält das getestete Kernbrennstoffelement 5 Minuten der Vakuum-Zurückführung ohne beträchtliche Zunahme der Impulsfrequenz aus, dann wird dieses Element normalerweise als fehlerfrei betrachtet, und die Bedienungsperson geht mit dem Schalter 41 weiter zu den Positionen V und VI.

Wird zu irgendeiner Zeit während der vorherigen Stufen eine Zunahme der Impulsfrequenz beobachtet, die ausreicht, anzuzeigen, daß das getestete Kernbrennstoffelement fehlerhaft ist, dann sollte die Bedienungsperson den Schalter 41 rasch in die Position V bringen und damit das Ventil A öffnen, das Zweiweg-Ventil B lüften, das Ventil E öffnen und die Pumpe 18 angestellt lassen, um den Monitor mit dem aus dem Abgassystem 31 abgezogenen Gas zu spülen und das Reservoir 10 auszuleeren. Nachdem der Monitor gespült worden ist, bewegt die Bedienungsperson den Schalter 41 in die Position VI und schaltet damit die Pumpe 18 aus, so daß das fehlerhafte Element aus der Testkammer herausgenommen werden kann. Nach dem Herausnehmen des fehlerhaften Kernbrennstoffelementes ist es ratsam, die Kanne 3 mit Wasser zu spülen. Dies kann ausgeführt werden durch Verbinden des raschen Unterbrechers 35 auf der Rückführleitung 6 mit der Verbindung 37 und durch Steuern der Wasserströmung mit Hufe des Ventils C, nachdem der Kannenfcopf 4 entfernt worden äst.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht beschränkt ist auf das Testen kompletter Einheiten von Kernbrennstoffelementen, die aus

dem Kern eines Kernreaktors herausgenommen sind, lihcnsogut können einzelne Elemente, ausgewählte Gruppen von Elementen oder wieder zusammengebaute Kernbrennstoffelemente getestet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Lokalisieren fehlerhafter Kernbrennstoffelemente, mit folgenden Bestand- s teilen:

a) eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Testkammer (1), die ein zu testendes Kernbrennstoffelement abgedichtet einschließt,

b) einen Gaseinlaß (5) im Bodenteil der Testkammer (1),

c) eine Pumpe (18),

d) einen Strahlungsmonitor (24) zur Aktivitätsüberwachung von Gas, is

e) eine Gaszufuhrleitung (7,12,14,17, 23, 25) von der Testkammer (1) zu dem Strahlungsmonitor (24) und

f) eine von dem Strahlungsmonitor (24) wegführende Gasatssjaßleitung (30, 32), die mit einem Abgassystem (31) verbunden ist,