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Einrichtung zur Uberwachung von radioaktiven
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metallischen Bauteilen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Uberwachung von radioaktiven metallischen Bauteilen, insbesondere aus Zirkonlegierungen,
in einem wassergefüllten Lagerbecken. Solche Bauteile sind insbesondere Brennelemente
mit ihren Brennstäben, die Hüllrohre aus Zirkon haben, und gegebenenfalls vorhandene
Brennelementkästen, die im Hinblick auf die Neutronenökonomie ebenfalls aus Zirkon
hergestellt werden.
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Die Überwachung der Bauteile, die unter Wasser gelagert werden, um
eine Strahlenabschirmung zu erreichen, soll deren Betriebssicherheit verbessern,
die durch Korrosion, vor allem durch Oxidierung beeinträchtigt sei:a kann. So soll
sichergestellt werden, daß aus Brennstäben keine Spaltgase entweichen und keine
abblätternde Schichten der metallischen Bauteile selbst als Aktivitätsträger freigesetzt
werden können.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen5 daß eine an sich bekannte
Wirbelstromsonde
an einem in das Lagerbecken ragenden Manipulatorarm befestigt und mit einer wasserdichten,
in der Nähe der Wirbelstromsonde unter Wasser angeordneten Abgleicheinheit verbunden
ist, die ihrerseits über ein Verlängerungskabel mit einem Anzeigegerät verbunden
ist, das oberhalb des Lagerbeckens angeordnet ist.
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Mit der Wirbelstromsonde können die durch Korrosion verursachten Veränderungen
der Oberflächen an metallischen Bauteilen ermittelt werden, zum Beispiel die Oxidschichten,
deren Dicke ein Maß für die noch zulässige mechanische Beanspruchung bzw. die zu
erwartende Störanfälligkeit ist. Diese Prüfung geschieht unter Wasser, so daß das
Personal durch die Wasserschicht weitgehend abgeschirmt ist.
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Der Einsatz von Wirbelstromsonden ist zwar zur Feststellung von Schichten
an Metallteilen an sich bekannt.
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Die bekannten Meßeinrichtungen sind aber nur für Handbetrieb eingerichtet.
Allenfalls ist eine automatische Messung in der Weise vorgesehen, daß bei der Fertigung
bewegte Bleche oder Rohre an feststehenden Sonden vorbei geführt werden. Davon unterscheidet
sich die Erfindung durch die Anordnung an einem in das Lagerbecken ragenden Manipulatorarm,
der eine Fernbedienung über eine Abschirmung hinweg ermöglicht, so daß auch an radioaktiven
Bauteilen Messungen möglich sind.
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Die Befestigung kann vorteilhaft einen auswechselbaren Haltekörper
umfassen, der am Manipulatorarm federnd gelagert ist. Mit einem solchen Haltekörper
kann man sich unterschiedlichen Oberflächen anpassen, zum Beispiel Je nachdem, ob
die verhältnismäßig dünnen Brennstäbe oder aber die glatten Oberflächen eines Brennelement-
kastens
untersucht werden sollen.
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Besonders günstig ist eine Ausführungsform, bei der die Meßsonde gemeinsam
mit einer Fernsehkamera an dem Manipulatorarm befestigt ist. Hierbei kann das Arbeiten
mit der Sonde durch die Beobachtung mit der Fernsehkamera erleichtert werden. In
ähnlicher Weise kann die Meßsonde aber auch mit anderen Einrichtungen kombiniert
werden, die zur Uberwachung von radioaktiven Bauteilen eingesetzt werden können.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden
Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den Figuren 1 und 2 in einem
Vertikalschnitt durch ein Brennelement-Lagerbecken dargestellt sind. Die Figur 3
zeigt eine Einzelheit der Anordnung der Meßsonde im größeren Maßstab.
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Das Brennelement-Lagerbecken 1 ist Teil eines Kernkraftwerkes mit
einem Druckwasserreaktor. Es besitzt in bekannter Weise Betonwände 2 mit einer nicht
weiter dargestellten metallischen Auskleidung 3 und dient zur Lagerung der in dem
Druckwasserreaktor abgebrannten Brennelemente. Das Becken ist bis zum Spiegel 4
mit Wasser gefüllt.
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Uber dem Becken 1 ist eine Bühne 5 vorgesehen, von der aus das Bedienungspersonal
Arbeiten in dem Becken 1 beobachten kann. Solche Arbeiten sind zum Beispiel der
Transport von Brennelemente 6 mit einer Lademaschine 7, die in der horizontalen
Ebene der Bühne 5 bewegbar ist und einen in Richtung des Pfeiles 8 vertikal verstellbaren
Teleskopmast 9 aufweist. Die Bewegungen der Brennelemente 6 erfolgen unter dem zur
Abschirmung und Kühlung dienenden Wasser im Becken 1, dessen Spiegel 4
mehrere
Meter huber den radioaktiven Bauteilen liegt.
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Auf der Bühne 5 ist ein Manipulator 12 angeordnet, der zum Beispiel
mit einem Handrad 13 zu betätigen ist, so daß sein Manipulat-orarm 14 eine vertikale
Bewegung ausführt, wie der Pfeil 15 anzeigt. Der Manipulator sitzt mit der Lademaschine
7 auf einem gemeinsamen Wagen 16, der auf der Bühne 5 verfahrbar ist.
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Der Manipulatorarm 14 trägt an seinem unteren Ende 18 eine Unterwasser-Fernsehkamera
19. Diese ist über ein Kabel 20 mit einem Monitor 21 verbunden, der auf der Bühne
5 steht. An der Kamera 19 ist eine Halterung 23 für eine Wirbelstromsonde befestigt,
die anhand der Figur 3 später näher beschrieben wird. Die Wirbelstromsonde ist mit
einer Abgleicheinheit 24 verbunden. Von dieser führt ein Verlängerungskabel 25 zu
einem Anzeigegerät 26, das auf der Bühne 5 angeordnet ist. Dem Anzeigegerät 26 ist
ein Schreiber 27 zugeordnet, so daß die Ergebnisse der Messung mit der Wirbelstromsonde
auf einem Papierstreifen 28 aufgezeichnet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist der Manipulatorarm 14 mit
der Wirbelstromsonde zur Prüfung von Brennelementkästen 29 vorgesehen, wie sie bei
Siedewasserreaktoren eingesetzt werden. Zu diesem Zweck sitzt die Wirbelstromsonde
in einem der glatten Oberfläche der im Querschnitt quadratischen Kästen 29 angepaßten
Haltekörper 30. Die Meßergebnisse, die wiederum mit einem Kabel 25 von der Abgleicheinheit
24 zu dem Anzeigegerät 26 übertragen werden, können von einem in Figur 2 nicht dargestellten
Registriergerät zum Beispiel magnetisch aufgezeichnet werden.
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In Fig. 3 ist die Fernsehkamera als zylindrischer metallischer Körper
32 zu erkennen, der die Röhre 19 und die Optik umschließt. Auf diesem Zylinder 32
ist ine Schelle 33 festgeklemmt, so daß die Halteplatte 23 starr mit der Fernsehkamera
19 verbunden ist.
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An der Halteplatte 23 sitzt die Abgleicheinheit 24.
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Dies ist ein im wesentlichen RC-Glieder umfassendes passives elektrisches
Bauelement, mit dem die an sich nur für kurze Entfernungen zwischen Meßsonde 34
und Anzeigegerät 26 ausgelegten elektrischen Werte, vor allem die Erregerspannung
von zum Beispiel 1 V bei 3 MHz an die großen Ubertragungslängen des 15 bis 20 m
langen Verlängerungskabels 25 angepaßt werden, die bei Arbeiten im Lagerbecken 1
benötigt werden. Die Abgleicheinheit 24 ist wasserdicht gekapselt und mit der Meßsonde
34 über ein Kabel 35 verbunden, das ebenso wie das Verlängerungskabel 25 wasserdicht
in die Abgleicheinheit eingeführt ist.
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Die Meßsonde 34 sitzt federnd in einem Haltekörper 36, der der Form
des zu untersuchenden Brennstabes 37 angepaßt ist, damit eine reproduzierbare Auflage
auf dem aus einer Zirkonlegierung bestehenden Hüllrohr des Brennstabes 37 zustandekommen
kann. Der Haltekörper 36 ist um eine Achse 42 schwenkbar, die senkrecht zur Sondenachse
orientiert ist und in einer Halterung 40 gelagert ist. Zwei unter Federwirkung stehende
Bolzen 43, 44 sorgen für eine definierte Ruhelage des Haltekörpers. Die Halterung
40 ist mit dem Lagerbock 39 durch einen Bolzen 38 verbunden und um diesen in einem
Winkelbereich von ca. ffi 50 senkrecht zur Brennstabachse drehbar. Damit ist ein
sicheres Aufgleiten des Haltekörpers 36 auf den Brennstab gewährleistet. Der Lager-
bock
39 selbst ist fest an der Halteplatte 23 montiert.
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Mit der neuen Einrichtung ist es möglich, durch Fernbedienung abgeschirmt
unter Wasser Wirbelstrommessungen vorzunehmen, mit denen insbesondere die Dicke
von Oxidschichten an den Zirkonlegierungen von Brennstabhüllrohren oder Brennelementkästen
im Mikrometerbereich bestimmt werden kann. Daraus kann man auf die mechanische Integrität
und die Gefahr radioaktiver Verunreinigungen schließen, ohne daß dazu die wegen
der Strahlenbelastung besonders aufwendigen metallographischen Untersuchungen notwendig
wären.
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3 Patentansprüche 3 Figuren