DE2702003C2 - Vorrichtung zur Überprüfung eines Brennelementes eines flüssigmetallgekühlten Reaktors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Brennelementes nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs; vgl. die DE-OS 23 50 334.

Große flüssigmetallgekühlte Leistungsreaktoren enthalten den Brennstoff in mehreren tausend Brennstäben, die zu Brennstabbündeln in Brennelementen zusammengefaßt sind. Ein Brennstab besteht im allgemeinen aus einem mehrere Meter langen, dünnwandigen Zircaloy- oder Stahlrohr, das mit UO2, P11O2 oder UO2-PUO2 Sintertabletten gefüllt und nach außen gasdicht verschlossen ist, um das Austreten der Spaltprodukte und im besonderen der Spaltedelgase aus dem Brennstab zu verhindern. Während ihres Einsatzes in Kernreaktoren können jedoch in Ausnahmefällen Brennstäbe trotz sorgfältiger Herstellung aus verschiedenen Gründen undicht werden, wobei die Spaltprodukte aus den Hüllrohren in das Kühlmetall übertreten und zu einer Verseuchung des primären Kreislaufes führen.

Es ist daher wichtig, bei Auftreten eines Verdachts von schadhaften Brennelementen die Zahl und Größe der vermuteten Schäden festzustellen und bei einem Überschreiten eines entsprechenden Grenzwertes die schadhaften Brennelemente aus dem Reaktor zu entfer

nen.

Dazu wird bei der aus der DE-OS 23 50 334 bekannten Vorrichtung das Brennelement in dem Kühlmetall belassen und das Kühlmetall selbst über eine Spülung mit Edelgas und anschließender Entgasung auf die Abgabe von Spaltprodukten untersucht Dies geschieht derart, daß auf den Hüllkasten des Brennelements ein Schacht dicht aufgesetzt wird, wodurch die Zirkulation des Kühlmetalls im Brennelement unterbrochen wird.

Das Kühlmetall wird sodann in den Schacht hochgezogen und nach der Entgasung wieder dem Kühlmetallkreislauf beigegeben. Bei flüssigmetallgekühlten Reaktoren kommt es, wenn während des Meßvorganges die Kühlmetallzirkulation in dem zu untersuchenden brennelement unterbrochen wird, zu einer starken Aufheizung der Brennstabhülle und des die Hülle umgebenden Kühlmetalls. Nach Beendigung der Untersuchung setzt die normale Kühlmetallzirkulation wieder ein, wobei es jedoch auf Grund der großen Wärmeleitfähigkeit des flüssigen Kühlmetalls und des großen Wärmeübergangkoeffizienten zwischen Kühimetaii und dem Metaii des Hüllrohres zu einem Temperaturschock kommt der die Hülle der Brennelemente leicht beschädigen kann. Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überprüfung von Brennelementen durch welche eine Beschädigung der Brennstabhülle bei und nach Abschluß der Überprüfung des- Brennelementes ausgeschlossen wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst

In dem auf das Brennelement aufsetzbaren Schacht ist eine verstellbare Drossel im Strömungsweg vorhanden, so daß durch den auf das Brennelement aufgesetzten Schacht zumindest zeitweilig eine steuerbare Strömung des Kühlmetalls aufrecht erhalten werden kann.

Somit kann nach Beendigung der Überprüfung des Brennelementes die KühlmetaHströmürtg durch das EIement sehr langsam erhöht werden, so daß das Brennelement nur sehr langsam abgekühlt wird. Ein Temperaturschock, der das Hüllmaterial der Brennstäbe beschädigen kann, wird somit wirkungsvoll verhindert Weiter ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, die brennelemente gefahrlos auf höhere Temperaturen ohne die Gefahr der Entstehung von Hüllrohrschäden aufzuheizen, da das Hüllrohr anschließend langsam auf die normale Temperatur abgekühlt werden kann. Vorzugsweise sollte die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 ausgebildet sein, da es dadurch auf einfache Weise möglich ist, die sehr heißen Brennrohrhüllen unmittelbar nach Beendigung der Untersuchung zunächst langsam abzukühlen und im unkritischen Temperaturbereich für das Auftreten von Hüllrohrschäden durch Erhöhung der Strömungsmenge die Abkühlungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Gemäß einer vorzugsweisen weiteren Ausführung der Erfindung entsprechend Anspruch 4 wird durch einen zu dem verstellbaren Durchlaß parallelen Durchlaß eine konstante Mindestströmung aufrecht erhalten. Dadurch kann auf einfache Weise erreicht werden, daß auch während der Überprüfung des Brennelementes keine die Hüllrohre schädigenden Temperaturen auftreten können.
Die Erfindung wird nun näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Teil eines

Kernreaktors, aus welcher eine Vorrichtung bei der

Überprüfung eines Brennelementes gemäß dem be-

schriebenen Verfahren ersichtlich ist;

F i g. 2 eine Schnittansicht durch den Verbindungsbereich zwischen oberem Teil eines Brennelementes und dem Schacht mit einer Drossel für das Kühlmeiall und

F i g. 3 eine Schnittansicht durch den Verbindungsbereich zwischen dem oberen Teil eines Brennelementes und dem Schacht einer anderen Ausführungsform.

In F i g. 1 ist der obere Teil von drei Brennelementen 1, 2 und 3 «thematisch gezeigt, wobei lediglich das Brennelement 2 im Schnitt dargestellt ist Auf das Brennelement 2 ist ein Schacht 4 aufgesetzt Der Schacht 4 besitzt an der Unterseite einen halsartig verengten Teil 24 mit einer Eintrittsöffnung 23 für das Kühlmetall. Die Verbindung zwischen Schacht 4 und Brennelement 2 ist durch die Dichtung 5 abgedichtet Der Schacht 4 mit dem Hüllrohr 6 ragt durch eine Öffnung 7 des Reaktordeckels 8. Der obere Teil des Schachtes 4 und des Hüllrohres 6 wird von einem Halterahmen 10 umgeben. Der Spiegel des Kühlmetalls 12 ist mit Ii bezeichnet

Der Schacht 4 wird oberhalb des Spiegeis ίί des Kühlmetalis 12 durch eine Trennplatte 13 uirterteilt Im Schacht 4 befindet sich eine Leitung 9, weiche durch die Trennplatte 13 hindurchführt und an der Oberseite des Halterahmens 10 an einem Anschluß 15 endet In der Trennplatte 13 befindet sich eine öffnung, weiche an eine weitere Leitung 14 angeschlossen ist, die gleichfalls an der Oberseite des Halterahmens 10 in einem Anschluß 16 endet An der Oberseite des Halterahmens 10 befindet sich ein weiterer Anschluß 17, welcher über eine Leitung 18 eine öffnung 19 im Schacht 4 und eine öffnung 20 im Hüllrohr 6 in der Reaktor-Atmosphäre oberhalb des Kühlmetallspiegels 11 mündet Unterhalb des Kühlmetallspiegels 11 besitzt der Schacht 4 öffnungen 21. An der Unterseite des Schachtes 4 ist eine Drosse! 22 eingesetzt, durch welche die Strömung des Kühlmetalls im Schacht 4 steuerbar ist.

Bei Oberprüfung des Brennelementes 2 wird der Schacht mit dem halsartig verengten Teil 24 auf den Kopf des Brennelementes 2 aufgesetzt Das Kühlmetall 12 strömt durch die öffnungen 23 und die Drossel 22 in den Schacht 4 hinein.

Danach wird über die Leitung 9 Edelgas in das im Schacht 4 befindliche Kühlmetall eingeführt, welches unterhalb der Trennplatte 13 ausperlt und über die Leitung 14 und dem Anschluß 16 einer Meßanordnung 25 zugeführt wird. Das die Meßanordnung durchströmende Gas wird über den Anschluß 17 und die Leitung 18 in die Reaktoratmosphäre zurückgeleitet. Durch das Einblasen des Edelgases in den Schacht 4 liegt das Niveau 26 des Kühlmetalls im Schacht 4 über dem Kühlmetallspiegel 11. Durch Vorsehen einer Drossel 22 im Teil 24 des Schachtes kann ständig eine steuerbare Strömung im Brennelement.?. aufrecht erhalten und damit auf einfache Weise eine Überhitzung des Brennelementes verhindert werden. Die Strömung des Kühlmetalls erfolgt dabei durch die Drossel 22, den unteren Teil des Schachtes 4, durch die öffnungen 21 in den Zwischenraum 27 zwischen dem Schacht 4 und dem Hüllrohr 6 und von dort über öffnungen 28 und 29 im Hüllrohr zurück in die eo Reaktor- Kühlmetallatmosphäre.

In F i g. 2 ist der Verbindungsbereich zwischen Brennelement 2 und Schacht 4 dargestellt. Der verengte Teil 24 des Schachtes 4 besitzt eine flanschartige Erweiterung 28, an deren Unterseite eine ringförmige flüssigmetallbeständige Dichtung 29a, etwa eine Kunststoffdichtung oder ein Kolbenring-System angeordnet ist, welche am oberen Rand des Brennelementes 2 abdichtet. Der Kopf 30 des Schachtes 4 ist konisch verjüngt und besitzt schlitzartige öffnungen 23. An der Außenseite des Kopfes befindet sich ferner eine gepanzerte Einlaufkante 31, etwa aus Inconel. Im Teil 24 des Schachtes 4 befindet sich ein zylinderförmiger Einsatz 32, welcher in seiner Wand Durchlaßöffnungen 33 aufweist Die Innenbohrung 34 des Einsatzes 32 ist im unteren Bereich 35 zylindrisch und erweitert sich konisch im oberen Bereich 36. In der Innenbohrung 34 ist mit Hilfe einer Stange 37 ein Drosselkörper 38 geführt Der Drosselkörper 38 wird durch eine Feder 39 in Richtung der Bohrung 34 gedrückt, welche sich gegen eine Platte 40 abstützt

Durch Vorsehen der Durchlaßöffnungen 33 wird sichergestellt, daß ständig eine Mindest-Strömung des Kühlmetalls zwischen dem Brennelement 2 und dem Schacht 4 aufrecht erhalten wird. Dadurch wird verhindert, daß auch bei in der unteren Endstellung befindlichem Drcsselkörper eine Überhitzung des Brennelementes eintreten kann. Durch ent» echende Formgebung der Außenfläche des Drosseikorp;rs 38 kann die gewünschte Strömungskennlinie auf einfache Weise erreicht werden. Die Strömungskennlinie für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist gleichfalls aus dieser Figur ersicht'xh, wobei auf der Abszisse des Verschiebewegs des Drosselkörpers 38 und auf der Ordinate die Strömungsmenge durch die Bohrung 34 aufgetragen ist.

Die Ausführungsform nach F i g. 3 stimmt im wesentlichen mit jener nach F i g. 2 überein, der Drosselkörper 38 weist lediglich eine andere Außenform auf, wodurch sich eine andere Strömungskennlinie ergibt. Die Abdichtung zwischen dem Brennelement 2 und dem Schacht 4 erfolgt mit Hilfe eines Tauchglockensystems. Zu diesem Zweck besitzt der Teil 24 des Schachtes 4 eine ringförmige Ausnehmung 41, welche zusätzlich mit Sperrgas 42 gefüllt ist. Das Sperrgas 42 wirkt als Gaspolster, das durch eine Druckdifferenz den Durchfluß des Kühlmetalls unterbindet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Oberprüfung eines Brennelementes eines flüssigmetallgekühlten, vorzugsweise natriumgekühlten Reaktors auf Schäden der Brennstabhüllen mittels in das Kühlmetall übertretender Spaltprodukte, wobei das Brennelement aus einem in einem Hüllkasten angeordneten Brennstabbündel besteht und wobei die Vorrichtung einen Schacht enthält, welcher dicht auf den Hüllkasten aufsetzbar ist und welchem das Kühlmetall aus dem Brennelement durchströmt, wobei die aus dem Kühlmetall im Schacht durch ein Spülgas entfernten Spaltprodukte einem Nachweisgerät zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Schachteinlaß im Strömungsweg des Kühlmetalls eine verstellbare Drossel (22) vorhanden ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d»t>die Drossel (22) eine Verstellcharakteristik aufweist, bei der die einem gegebenen Verstellweg entsprechende Änderung des Durchflusses um so größer ist, je weiter die Drossel (22) bereits geöffnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (22) eine durch zwei koaxial zueinander angeordnete und verschiebbare, im wesentlichen kegelförmige Flächen begrenzte Durchlaßöffnung (35) aufweist

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, c^durch gekennzeichnet daß die Drossel aus einem konstanten Durrblaß (33) parallel zu einem verstellbaren Durchlaß für das Kühlmetall besteht

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen dem Hüllkasten und dem Schachteinlaß durch eine Tauchglocke (41) mit Gaspolster (42) gebildet wird, wobei eine Druckdifferenz den DurchfluD des Kühlmetalls unterbindet.