DE2635501C2

DE2635501C2 - Brennstabwechselwerkzeug

Info

Publication number: DE2635501C2
Application number: DE2635501A
Authority: DE
Inventors: Erich 8521 Marloffstein Kaetscher; Heinz Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Knaab; Klaus Ing.(Grad.) Knecht
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1976-08-06
Publication date: 1986-01-09
Also published as: SE7708429L; JPS6148118B2; JPS5321390A; BR7705188A; FR2360963B1; US4336103A; SE429071B; DE2635501A1; FR2360963A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstabwechselwerkzeug zum Entnehmen und/oder Einsetzen eines Brennstabes aus einem bzw. in ein unter Wasser befindliches Brennelement mit einem unbeweglichen Stützrohr zur Aufnahme des Brennstabes, mit einem in dem Stützrohr angeordneten langgestreckten Trägerkörper, der mit einem Greifer zum Greifen eines Brennstabendes versehen und durch einen Antriebsmechanismus in axialer Richtung beweglich ist, und mii einem in dem Stützrohr angeordneten Führungskörper für den Trägerkörper und den Brennstab.

Ein derartiges Brennstabwechselwerkzeug ist aus der US-Patentschrift 38 23 065 bekannt. D«r langgestreckte Trägerkörper dieses bekannten Brennstabwechselwerkzeuges ist eine massive Stange, während der Führungskörper durch zwei Ringe mit begrenzter Höhe gebildet ist

Will man bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, die defekte Brennstäbe enthalten und ihren vorgesehenen Abbrand noch nicht erreicht haben, durch Austausch der defekten Brennstäbe wieder für den weiteren Reaktoreinsatz ertüchtigen, so können mit dem bekannten Brennstabwechselwerkzeug aufgrund der Länge der einzelnen Brennstäbe — ca. 4 m — insbesondere beim Einschieben eines Austauschbrennstabes in eine leer gewordene Brennstabposition eines Brennelementes Schwierigkeiten auftreten, da bei dem geringen Brennstabdurchmesser in der Größenordnung von 1 cm die Gefahr des Ausknickens des Brennstabes besteht Es ist nicht möglich, einen solchen Brennstab wie bei der Neufertigung von unbestrahlten Kernreaktorbrennelementen in ein Brennelementskelett einzuziehen, da ein Austausch von Brennstäben an einem bestrahlten Brennelement zum Schutz vor radioaktiver Strahlung nur unter Wasser in einem Brennelementbecken durchgeführt werden kann.

Ferner kann das bekannte Brennstabwechselwerkzeug zu einer Gefährdung des Bedienungspersonals durch radioaktives Spaltgas führen, das ein defekter Brennstab abgeben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht handhabbares Brennstabwechselwerlczeug zu schaffen, mit dem nicht nur das Knicken von langen, dünnwandigen Brennstäben beim Entnehmen aus einem Brennelement oder beim Einsetzen in ein Brennelement, sondern auch eine Gefährdung des Bedienungspersonals durch radioaktive Spaltgase aus beschädigten Brennstäben vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Brennstabwechselwerkzeug der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Trägerkörper als Zugruhr und der Führungskörper ais Führungsrohr für das Zugrohr und den Brennstab ausgebildet sind, daß dieses Zugröhr das Stützrohr durch eine Dichtung hindurch durchsetzt und im oberen Ende des Führungsrohres geführt ist und daß dem Innenraum des Führungsrohres ein Wasserabsaugerohr zugeordnet ist.
Ein als Zugrohr ausgebildeter Trägerkörper hat ein erheblich geringeres Gewicht bei trotzdem relativ hohem Widerstandsmoment gegen Knicken als ein aus einer massiven Stange bestehender Trägerkörper und kann deshalb weit weniger zu einer Gefährdung eines Brennstabes durch Knicken führen als eine solche Stange. Diese Gefährdung wird durch das Führungsrohr noch weiter abgebaut, während, über das Wasserabsaugerohr Wasser durch den Innenraum des Führungsrohres und den Innenraum des Stützrohres gesaugt und damit von einem beschädigten Brennstab im Führungsrohr abgegebene Spaltgase unter Vermeidung einer Gefährdung des Bedienungspersonals mitgerissen und abgeführt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Brennstabwechselwerkzeuges sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem Gegenstand des Unteranspruches 2 wird die Handhabbarkeit des Brennstabwechselwerkzeuges verbessert und das Knicken der Brennstäbe noch besser verhindert Mit dem Gegenstand des Unteranspruchs 3 wird ein Knicken von Brennstäben beim Ver- und Entriegeln des Greifers verhindert

Durch den Gegenstand des Unteranspruchs 4 wird das Positionieren des Brennstabwechselwerkzeuges gesichert, ferner kann die Dichte der Zentrierbohrungen

in der Zentrierplatte erheblich geringer sein als die Brennstabdichte im Brennelement, so daß die Gefahr verringert wird, daß ein Brennstab durch eine falsche Zentrierbohrung in das Brennelement eingesetzt werden soll und deshalb geknickt wird. Aus der DE-OS 15 64 301 ist zwar eine Hilfseinrichtung aus einem durch kreuzförmig ineinander gesetzte Stege gebildeten Gitter mit Einführtrichter an diesem Gitter bekannt, diese Hilfseinrichtung gehört jedoch nicht zu einem Brennstabwechselwerküeug, sondern sie dient zum Brsnnelementwechsel bei Siedewasserkernreaktoren, sie hat genauso viel Gitterplätze wie im Reaktorkern Steuerstabplätze vorhanden sind, jedoch kommen auf je vier Gitterplätze nur ein Einführtrichter für Brennelemente an einem Gitterplatz. Diese Emführtrichter sind so am Gitter angeordnet, daß nach viermaliger Drehung des Gitters um je 90° gegen den Reaktorkern jeder Einführtrichter einmal über einem Steuerstabplatz angeordnet war. Hierdurch wird ein rasches und beschädigungsfreies Auswechseln von Brennelementen und auch Steuerstäben unter ungünstigen Sichtverhältnissen im Wasser des Reaktorkerns erzielt

Durch den Gegenstand des Unteranspruchis 5 wird vermieden, daß Brennstäbe bei Leckprüfungen mit gesonderten Prüfgeräten geknickt werden können.

Ein erfindungsgemäßes Brennstabwechselwerkzeug kann mit Vorteil dann eingesetzt werden, wenn ein durch vorausgegangene, an sich bekannte Testmethoden als defekt erkanntes Brennelement mit Hilfe fernbedienter Werkzeuge unter Wasser in einen Halterungskorb eingesetzt und um 180° gekippt wird, dann der Brennelementfuß abgenommen und die einzelnen an ihren Enden damit frei zugänglichen Brennstäbe auf Defekte, wie z. B. eingedrungenes Wasser, untersucht und wenigstens die als defekt erkannten Brennstäbe mit dem Brennstabwechselwerkzeug den Brennelementen entnommen, in einem Lagerbehäher abgesetzt, neue Brennstäbe durch das Brennstabwechselwerkzeug aufgenommen und in das Brennelement ohne Knickbeanspruchung eingeschoben werden. Zum besseren Verständnis dieser Verfahrensführung sei daran erinnert, daß ein Druckwasserbrennelement im allgemeinen aus dem Brennelementskelett besteht, das aus dsm Kopf- und Fußstück und den verbindenden Regelstabführungsrohren aufgebaut ist und außerdem die Abstandshaltergitter in ihrer jeweiligen Sotlage hält Die einzelnen Brennstäbe, die durch die Maschen der Abstandshaltergitter eingezogen sind, sind weder an der Kopfplatte noch an der Fußplatte befestigt und können sich daher in axialer Richtung frei ausdehnen. Die Regelstabführungsrohre sind m'u der unteren Fußplatte über Gewindebolzen lösbar verbunden, so daß die Wegnahme dieser Fußplatte im Gegensatz zum Kopfstück mit Hilfe fernbedienter Werkzeuge relativ leicht möglich ist. Damit sind dann auch sämtliche Brennstäbe frei zugänglich und können nacheinander aus dem Brennelement herausgezogen und mit dem erfindungsgemäßen Brennstabwechselwerkzeug auch ohne Knickgefahr wieder in das Brennelement hineingeschoben werden.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch Querschnitte durch ein Brennelementbecken mit einem erfindungsgemäßen Brennstabwechselwerkzeug und weiteren für das Auswechseln von Brennstäben eines Brennelementes erforderlichen Einrichtungen.

Fig.3 zeigt genauer eine dem erfindungsgemäßen Brennstabwechselwerkzeug zugeordnete Einrichtung.

F i g. 4 zeigt die Draufsicht auf eine einem erfindungsgemäßen Brennstabwechselwerkzeug zugeordneten Zentrierplatte.

F i g. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V der Zentrierplatte in Fig. 4 einschließlich eines Längsschnitts durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Brennstabwechselwerkzeugcs.

Fig. 6 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht ίο dieses erfindungsgemäßen Brennstabwechselwerkzeuges, das außerhalb des Brennelementbeckens von Hand betätigt werden kann.

Die F i g. 1 und 2 stellen zwei um 90° versetzte Schnitte durch ein Brennelementbacken 1 dar. Die darin auszuführenden Arbeiten können von einer fahrbaren Bedienungsbrücke 11 aus unter optischer Sicht durchgeführt werden. Bei dieser schematischen Darstellung sind nur jene Werkzeuge und Einrichtungen schematisch dargestellt, die zum Auswechseln eines Brennstabs benötigt werden. So befindet sich an der einen Seitenwand des Beckens eine Schwenkeinrichti i-vj 12 für einen Brennelcineutha'ierungskcrb 51, außerdem ein Lagerbehälter 13 für defekte Brennstäbe, ein Vorratslager 14 für neue Brennstäbe sowie eine Sipping-Testeinrichtung

19 zur Überprüfung ganzer Brennelemente auf evtL darin vorliegende schadhafte Brennstäbe. Weiterhin sind ein Behälter 16 für abgenommene Brennelementfußstücke, das Brennstabwechselwerkzeug 2 sowie ein Werkzeug 18 zum Lösen der Brennelementfußstücke

und eine Einrichtung 17 zur Überprüfung jedes einzelnen Brennstabes auf evtL Schäden vorgesehen.

Der Ablauf des Verfahrens ist dann folgender: Jedes dem Reaktorkern entnommene Brennelement wird zunächst in die Sipping-Testeinrichtung 19 eingesetzt und dort auf evtL Schaden an einzelnen Brennstäben untersucht Sollte ein darin befindliches Brennelement als schadhaft erkannt worden sein, wird dieses Brennelement 5 in den Halterungskorb 51 der Schwenkeinrichtung 12 eingesetzt Dieser Halterungskorb ist an beiden Enden verschließbar. Alsdann wird das Brennelement mit diesem Halterungskorb um 180° gedreht, so daß die Fußz.eite des Brennelementes 5 nach oben zeigt. Nach öffnen der Stirnseite des Halterungskorbes 51 wird über das fernbetätigte Werkzeug 58 das Brennelementfußstück abgenommen und im Behälter 16 abgelegt Die nun nach oben frei zugänglichen Brennstabenden werden einzeln mit Hilfe der Einrichtung 17, die z. B. mit Ultraschall arbeiten kann (DE-OS 23 14 650), auf eingedrungenes Wasser untersucht. Auf diese Weise sind

so dann die jeweils schadhaften Brennstäbe ermittelt und können dem Brennelement entnommen werden. Dazu wird zunächst eine in F i g. 4 in Draufsicht dargestellte Zentrierplatte 4 aufgesetzt Zentrierbohrungen 42 derselben gestatten dem Brennstabwechselwerkzeug 2 ein genaues Anfahren der jeweils darunter liegenden Brennstäbe. Diese Situation ist schematiscii ?n Fig.3 dargestellt Der als schadhaft erkannte Brennstab 52 wird in das Innere des Brennstabwechselwerkzeuges 2 hineingezogen, das während dieses Vorganges ständig von Wasser durchströmt wird, das über ein Wasserabsaugrohr 31 und eine erste Pumpe 32 in das untere Ende des Werkzeuges eingesaugt wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei Brennstäben, deren Küllrohrschäden so groß sind, daß Spaltgase austreten können, diese über diesen Wasserstrom mit nach oben genommen werden und mitgeführce Gaie in einem Gasabscheider 33 abgeschieden und über eine zweite Pumpe 34 einem Reinigungs- und Abgassammeisystem 35 zugeführt

2b

öül

werden können. Anschließend wird der vom Brennstabwechselwerkzeug 2 umfaßte und eingeschlossene schadhafte Brennstab zusammen mit diesem weggefahren und in den Lagerbehälter 13 für defekte Brennstäbe abgesetzt Zu diesem Zweck wird ein Zugmechanismus innerhalb des Werkzeuges 2 umgeschaltet und schiebt nun den Stab in diesen Lagerbehälter 13, der zweckmäßigerweise an einen eigenen Wasserkreislauf angeschlossen ist, da damit zu rechnen ist, daß die darin aufbewahrten Brennstäbe radioaktive Spaltgase und Spaltprodukte abgeben.

Anschließend kann dem Vorratslager für neue Brennstäbe 14 ein neuer Brennstab oder ein anderer Ersatzstab entnommen werden; dies entspricht im Prinzip dem Vorgang der Entnahme des Brennstabes aus dem Brennelement. Anschließend wird dieser neue Brennstab an die freigewordene Position im Brennelement 5 eingeführt.

Nach Beendigung des Brennstabaustauschvorganges wird das nun wieder gebrauchsfähige Brennelement 5 vorläufig in einem Brennelementlagergestell 15 abgesetzt, bis es dann mit Hilfe einer Brennelementlademaschine wieder im Reaktorkern eingesetzt werden kann.

Wie bereits erwähnt, enthält das Brennstabwechselwerkzeug 2 die Zentrierpiatte 4. Diese ist in der Draufsicht und in der Seitenansicht in den F i g. 4 und 5 näher dargestellt Die Schnittpunkte der Koordinaten a und b mit A und B stellen die jeweiligen Brennstabpositionen in einem Brennelement dar. Hieraus und auch aus Fig.5 ist deutlich ersichtlich, daß die Brennstäbe 52 sehr nahe aneinander stehen. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, für jede einzelne Brennstabposition Zentrierbohrungen in der Zentrierplatte für das Aufsetzen des Brennstabwechselwerkzeuges 2 vorzusehen. Diese Schwierigkeit wird hier dadurch umgangen, daß die Zentrierbohrungen 42 nur jedem Brennstab, der den Koordinatenschnittpunkten a, A entspricht, zugeordnet ist. DärnH aber aüc BfenfiSiäbposiiionen angefahren werden können, wird diese Zentrierplatte abgehoben, um 90° gedreht und wieder aufgesetzt, dann entsprechen die Zentrierbohrungen Brennstabpositionen der Koordinatenschnittpunkte a, B. Ein nochmaliges derartiges Umsetzen um 90° läßt alle jene Brennstäbe erfassen, die auf den Koordinatenschnittpunkten b, B liegen und nach nochmaligem Umsetzen jene Brennstäbe auf den Koordinatenschnittpunkten A₁ b. Die eingezeichneten Bohrungen 43 sind für die Aufnahme von Gewindebolzen von Regelstabführungsrohre 53 vorgesehen, desgleichen die dargestellten Verbindungsdurchbrüche zwischen zwei benachbarten Zentrierbohrungen.

Letzteres ist notwendig, damit auch beim Umsetzen der Zentrierpiatte 4 um 90° die Gewindebolzen der Regelstabführungsrohre dem Aufsetzen dieser Platte nicht im Wege stehen.

Die Lage der Zentrierplatte 4 selbst muß sich nach dem Brennelement bzw. dem Halterungskorb 51 desselben richten. Die Zentrierplatte 4 ist dazu mit vier Abstandsbolzen 41 versehen, die einen Zentrierrahmen 44 tragen, der die Wandung des Halterungskorbes 51 umfaßt Auf diese Weise wird gewährleistet daß jede Zentrierbohrung 42 der Platte 4 entsprechend dem dargestellten Koordinatenschema je einem Brennstabende zugeordnet ist

Diese Brennstabenden sind, wie dargestellt mit einem pilzförmigen Kopf versehen, der entsprechend Fig.5 von einem Greifer 61 umfaßt wird. Dieser Greifer ist an einem Zugrohr 6 befestigt und ermöglicht damit das Herausziehen des jeweils erfaßten Brennstabes 52, wie in dieser Fig.5 dargestellt. Im unteren Teil 21 des Brennstabwechselwerkzeuges 2 ist gleichzeitig eine Wirbelstromprüfsonde 23 eingebaut, so daß beim Durchziehen des Brennstabes während der Entnahme aus dem Brennelement sofort der genaue Ort des Schadens an diesem Brennstab festgestellt werden kann.

Das eigentliche Brennstabwechselwerkzeug 2 ist in F i g. 6 schematisch dargestellt. Es gliedert sich rein äußerlich in den unteren Teil, der von einem äußeren ίο Stützrohr 22 umschlossen wird und in einen oberen Teil, der von einem großen Führungsrohr 26 umfaßt wird. Die Länge des Stützrohres 22 ist etwas größer als die Länge des einzuziehenden Brennstabes, die Länge des großen Führungsrohres 26 liegt in der gleichen Größen-Ordnung. Am Ende dieses großen Führungsrohres 26 befindet sich eine Konsole mit einer Antriebseinrichtung 27, bestehend aus Zahntrieb und Handkurbel. Dieser Zahntrieb greift in eine Zahnstange 65a ein, die mit einem oberen Zugrohr 65 verbunden ist. Das obere Zugrohr 65 ist mit dem Zugrohr 6 verbunden, das durch eine Dichtung 25 hindurch das Stützrohr 22 durchsetzt. Am Zugrohr 6 befindet sich der eigentliche Greifer 61 für den jeweiligen Brennstabkopf, er ist radial zwei- bis dreimal geschlitzt und besteht aus federndem Material.

Wie dargestellt, ist die innere Kontur des Greifers dem pilzförmigen Kopf der Brennstabendkappe angepaßt. Nach dem Aufsetzen auf diese Kappe wird der Greifer durch eine Sperrstange 63, die nach unten geschoben wird, so zusammengespannt, daß er sich nicht vom Brennstabkopf lösen kann. Diese Stange 63 durchsetzt das gesamte Werkzeug und ist an ihrem oberen Ende mit einem Gewinde versehen, das in einer Verstellmutter 64 läuft. Diese Verstellmutter stützt sich praktisch am oberen Zugrohr 65 bzw. dessen Abschluß ab, der mit einem Haken für den Anschluß eines Hubwerkzeuges versehen ist. Das Ende 63a der Sperrstange 63 ist mit zwei Markierungen versehen, die die obere und untere Stellung dieser Stange anzeigen und damit auch den Zustand des Greifers 61. Im eingefahrenen Zustand ist der Greifer geschlossen, eine Öffnung desselben ist gesperrt Im ausgefahrenen Zustand öffnet ein oberer Konus 62 an der Kupplungsstange 63 den Greifer 61 durch Anlage an einem geschlitzten Gegenkonus 61a. Auf diese Weise gibt das Greifwerkzeug den Brennstab frei und kann zurückgezogen werden.

Der bisher beschriebene Teil des Brennstabwechselwerkzeuges zeigt die Funktion desselben beim Ziehen des Brennstabes aus dem Verband eines Brennelementes. Für das Einschieben eines Brennstabes in das Brennelement jedoch ist es notwendig, daß der neue Brennsiab von jeder Knickbelastung freigehalten w^; 1. Zu diesem Zweck ist ein inneres Führungsrohr 24 vorgesehen, in dem das Zugrohr 6 und damit dann auch der eingezogene Brennstab 52 geführt ist Dieses Rohr sorgt dann auch beim Einschieben des in diesem Werkzeug aufgenommenen Brennstabes in den Verband des Brennelementes oder auch in den Lagerbehälter 13 für die Brennstäbe dafür, daß durch den vom Greifer 61 ausgeübten Schub keine Seitwärtsbewegung des dünnen Brennstabes und damit ein Ausknicken desselben möglich ist. Auf diese Weise ist garantiert, daß ein neuer Brennstab schadensfrei in eine freigewordene Brennstabposition nachgeladen werden kann. Ein Ausknicken der einzuführenden Brennstäbe im Bereich des Brennelementes selbst wird dabei durch die in verschiedenen Höhen angebrachten Absiandshaitermaschen verhindert

Anstelle des Handbetriebes für das Heben und Sen-

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ken könnte selbstverständlich auch ein motorischer Antrieb Verwendung finden, jedoch dürfte dem Handbetrieb der Vorzug zu geben sein, da damit evtl. Störungen während des Vorschubes des Brennstabes leichter erfühlt werden können. 5

Wie bereits eingangs erwähnt, wird das Aufsetzen des Brennstabwechselwerkzeuges auf die Zentrierplatte 4 mit Hilfe optischer Sicht von oben gesteuert. Das Werkzeug hangt zu diesem Zweck an einem entsprechend verfahrbaren Hubwerkzeug. Zur Gewichtsentlastung io ist es dabei zweckmäßig, das Werkzeug in seinem oberen Teil noch mit einem Schwimmkörper, der der Über- ι sichtlichkeit halber nur in Fig. 3 schematisch darge- j stellt wurde, zu versehen. | 15 Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Brennstabwechselwerkzeug zum Entnehmen und/oder Einsetzen eines Brennstabes aus einem bzw. in ein unter Wasser befindliches Brennelement mit einem unbeweglichen Stützrohr zur Aufnahme des Brennstabes, mit einem in dem Stützrohr angeordneten langgestreckten Trägerkörper, der mit einem Greifer zum Greifen eines Brennstabendes versehen und durch ein Antriebsmechanismus in axialer Richtung beweglich ist, und mit einem in dem Stützrohr angeordneten Führungskörper für den Trägerkörper und den Brennstab, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Trägerkörper als Zugrohr (6) und der Führungskörper als Führungsrohr (24) für das Zugrohr (6) und den Brennstab (52) ausgebildet sind, daß dieses Zugrohr (6) das Stützrohr (22) durch eine Dichtung (25) hindurch durchsetzt und im oberen Ende des Führungsrohres (24) geführt ist und daß dem Innenraum des Führungsrohres (24) ein Wasserabsaugerohr (31) zugeordnet ist

2. Brennstabwechselwerkzeug nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewichtsentlastung ein Schwimmkörper vorgesehen ist

3. Brennstabwechselwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugrohr (6) an einem Ende den Greifer (61) bildet und über einen Zahnstangenantrieb (65a/27), vorzugsweise von Hand, bewegbar ist und in seinem Inneren eine Sperrstangc (63) zur Ver- bzw. Entriegelung des Greifers (61) enthält sowie ?.■" seinem oberen Ende mit einer Betätigungs- und Anzeigevorrichtung (64) für diese Sperrstange (63) versehen ist.

4. Brennstabwechselwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zcntricrplattc (4) mit Zentrierbohrungen (42) zum Aufsetzen auf das Brennelement und zum Durchführen des Zugrohres (6) mit dem Greifer (61) zum Brennelement vorgesehen ist, deren Zentrierbohrungen (42) in an sich bekannter Weise derart angeordnet sind, daß nach viermalig, jeweils um 90° verdreht aufgesetzter Ze;v trierplatte (4) sämtliche Brennstabpositionen durch den Greifer (61) erreichbar sind.

5. Brennstabwechselwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Teil (21) eine Wirbeistromprüfsonde (23) zum Durchziehen des Brennstabes angeordnet ist