DE2910927C2 - Device for measuring the local power in a fuel assembly of a nuclear reactor - Google Patents

Device for measuring the local power in a fuel assembly of a nuclear reactor

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Description

sehen, wobei die Warm-Verbindungsstellen der Thermoelemente in der Mitte der Verengungszone und die Kalt-Verbindungsstellen der Thermoelemente in dersee the warm junctions of the thermocouples in the middle of the constriction zone and the cold junctions of the thermocouples in the

Ein Problem besteht bei einer derartigen Vorrichtung darin, daß sich das aufgenommene Meßsignal im Laufe der Zeit verändert, ohne daß Änderungen der zu ermittelnden Leistung vorliegen.One problem with such a device is that the recorded measurement signal changes in the course of the process changes over time without any changes in the performance to be determined.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Messung der örtlichen Leistung in einer Brennstoffanordnung eines Kernreaktors anzuge-The object of the invention is therefore to provide a device for measuring the local power in a Fuel assembly of a nuclear reactor

bekannt sind.are known.

In der voranstehenden Gleichung bedeuten L die Hälfte der Länge der Verengungszonen 9 und K die Wärmeleitfähigkeit des Stabes 7.In the above equation, L denotes half the length of the narrowing zones 9 and K denotes the thermal conductivity of the rod 7.

Es wurde festgestellt, daß bei der Schaffung eines Hochvakuums in den Isolierkammern 10 und bei Ausführung des Schutzrohres 50 aus austenitischem Stahl oder aus Nickel-Chrom-Legierungen im Laufe der Zeit Änderungen des aufgenommenen Signals auch dann festzustellen sind, wenn keine Änderungen der zu ermittelnden Leistung auftreten. Es ist herausgefunden worden, daß diese anomalen Schwankungen des Meßsignals auf die Tatsache zurückgehen, daß die genannten Materialien für Wasserstoffmoleküle sehr gut durchlässig sind und daß darüber hinaus diese Materialien bei Vorhandensein von Hochvakuum Wasserstoffmoleküle durch einen Entgasungsprozeß abgeben.It was found that in creating a High vacuum in the insulating chambers 10 and when the protective tube 50 is made of austenitic steel or from nickel-chromium alloys, changes in the recorded signal over time also occur must be determined if there are no changes in the performance to be determined. It has been found out that these anomalous fluctuations in the measurement signal are due to the fact that the materials mentioned are very permeable to hydrogen molecules and that these materials are also present if they are present release hydrogen molecules from high vacuum through a degassing process.

Bei einer Vorrichtung, bei der das Schutzrohr 50 aus austenitischem Stahl besteht und bei der die Isofierkammern 10 ein Hochvakuum von 10~6 bar aufweisen, zeigt sich am Ende einer Betriebsdauer von einigen Stunden in einem Druckwasserreaktor eine Änderung des Meßsignals, die einer Abnahme von 400C auf 19° C entspricht. Der Druck nimmt dabei auf 10~5 oder sogar auf \Q-' bar infolge der Durchlässigkeit des Schuizrohres 50 und aufgrund der Entgasungserscheinungen ab. Um derartige Phänomene zu verhindern wird das Schutzrohr 50 nunmehr so ausgebildet, daß die Vorrichtung so dicht ist, daß ein Hochvakuum in der Größenordnung von 10~6 bar in den Isolierkammern 10 aufrechterhalten wird. Dazu weist das Schutzrohr 50 zwei Schichten, d. h. eine äußere Schicht 50a aus rostfreiem Stahl, die einen mechanischen Widerstand bewirkt bzw. äußere mechanische Spannungen absorbiert, und eine innere Schicht 50b auf, die eine Wasserstoffbarriere bildet und aus einer Zirkonlegierung besteht, um das Hochvakuum auf- w rechtzuerhalten. Zirkonlegierungen werden in Kernreaktoren häufig verwendet. Das Oxid der Zirkonlegierungen ist in hohem Maße wasserstoffundurchlässig. Das Material selbst absorbiert die Wasserstoffmoleküle bei hoher Temperatur unter Bildung von Zirkonhydrid.In a device in which the protective tube 50 is made of austenitic steel and in which the insulating chambers 10 have a high vacuum of 10 ~ 6 bar, at the end of an operating period of a few hours in a pressurized water reactor there is a change in the measurement signal that corresponds to a decrease of 40 0 C to 19 ° C. The pressure takes up to 10 ~ 5, or even on \ Q 'bar due to the permeability of the Schuizrohres 50 and due to the Entgasungserscheinungen from. In order to prevent such phenomena, the protective tube 50 is now designed in such a way that the device is so tight that a high vacuum of the order of magnitude of 10 ~ 6 bar is maintained in the insulating chambers 10. For this purpose, the protective tube 50 has two layers, ie an outer layer 50a made of stainless steel, which creates a mechanical resistance or absorbs external mechanical stresses, and an inner layer 50b , which forms a hydrogen barrier and consists of a zirconium alloy, in order to maintain the high vacuum - w right. Zirconium alloys are widely used in nuclear reactors. The oxide of the zirconium alloys is highly impermeable to hydrogen. The material itself absorbs the hydrogen molecules at high temperature to form zirconium hydride.

Da ein thermischer Kontakt zwischen den Erweiterungszonen 8 des Stabes 7 und dem Schutzrohr 50 besteht, haben die Erweiterungszonen auch einen guten thermischen Kontakt zu dsm Kühlfluid des Reaktors.Since there is thermal contact between the expansion zones 8 of the rod 7 and the protective tube 50, the expansion zones also have good thermal contact with the cooling fluid of the reactor.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Vorrichtung zur Messung der örtlichen Leistung in einer Brennstoffanordnung eines Kernreaktors, mit einem aus einem Material guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit bestehenden langgestreckten, rotationssymmetrischen Stab, der in seiner Längsrichtung eine Reihe von radial ausladenben, bei der die voranstehend geschilderte Veränderung des Meßsignals vermieden wird.Device for measuring the local power in a fuel assembly of a nuclear reactor, with an elongated, made of a material with good thermal and electrical conductivity, rotationally symmetrical rod, which in its longitudinal direction expands a number of radially, in which the above-described change in the measurement signal is avoided. Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Vorrichtung gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gekennzeichnet istThis object is achieved by a device as already mentioned at the beginning, which is provided by the in the characterizing Part of the claim specified features is characterized Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das mit ihr ermittelte Meßsijnal nicht die bei der Vorrichtung gemäß der DE-OS 28 01 253A major advantage of the present invention is that the measurement signal determined with it does not in the device according to DE-OS 28 01 253 den Erweiterungszonen und radial verlaufenden io eintretenden Änderungen bei gleichbleibender Leistungthe expansion zones and radial io changes occurring with the same performance Verengungszonen sowie einen entlang seiner Achse - ·- - Constriction zones as well as one along its axis - verlaufenden Kanal aufweist welcher eine Anordnung von Thermoelementen enthält deren Warm-Verbindungsstellen in der Mitte der Verengungszonen vorgesehen sind und deren Kalt-Verbindungsstellen in den Erweiterungszonen vorgesehen sind, und mit einem eine Zirkonlegierung und Stahl enthaltenden äußeren Schutzrohr, weiches den Stab an den Erweiterungszonen formschlüssig umgibt undHas running channel which contains an arrangement of thermocouples, their warm junctions are provided in the middle of the constriction zones and their cold junctions are provided in the expansion zones, and with one containing a zirconium alloy and steel outer protective tube, which surrounds the rod in a form-fitting manner at the expansion zones and erfahrt Aus diesem Grunde kann die vorliegende Vorrichtung über einen großen Zeitraum die örtliche Leistung einer Brennstoffsnordnung zuverlässig und sicher anzeigen.For this reason, the present device can maintain the local performance over a long period of time show a fuel arrangement reliably and safely. Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Figur näher eriäutertIn the following the invention is explained in more detail in connection with the figure Wie in der Figur in vergrößertem Maßstab dargestellt ist enthält die Vorrichtung einen langgestreckten rotationssymmetrischen Stab 7. Dieser Stab 7 besteht ausAs shown in the figure on an enlarged scale is the device contains an elongated, rotationally symmetrical rod 7. This rod 7 consists of somit umriie Verengungszonen eine Reihe von ring- 20 einem Material, das thermisch und elektrisch gut leitet förmigen, auf Hochvakuum gehauenen Isoiierkam- Vorzugsweise besteht der Stab 7 aus einem Metall, wie mern begrenzt dadurch gekennzeichnet, beispielsweise rostfreiem Stahl, oder aus einer Legiedaß die Wand des Schutzrohrs (50) aus zwei Schich- rung oder aus einer leitenden Keramik. Ferner enthält ten gebildet ist daß die innere eine Wasserstoffbar- die Vorrichtung ein Schutzrohr 50, das den Stab 7 umriere bildende Schicht (50b) aus einer Zirkonlegie- 25 schließt Dieses Schutzrohr 50 wird später noch näher rung und die äußere, mechanische Spannung absor- erläutert werden.Thus, the narrowing zones are surrounded by a series of ring-shaped insulating chambers made of a material that conducts well thermally and electrically, hewn in a high vacuum of the protective tube (50) made of two layers or of a conductive ceramic. Furthermore, the inner one contains a hydrogen barrier, the device includes a protective tube 50, which closes the layer (50b) of a zirconium alloy that surrounds the rod 7. This protective tube 50 is explained in more detail later and the external mechanical stress is explained below will. bierende Schicht (5OaJaus rostfreiem Stahl besteht Der langgestreckte Stab 7 kann sich über die gesamte Länge des äußeren Schutzrohres 50 in der Brennstoffanordnung erstrecken. Hierzu wird er in das Schutzrohr 50 in den Zonen eingesetzt, in denen die Leistungsmessungen vorgenommen werden sollen. Der Stab 7 weist radial ausladende Erweiterungszonen 8 und radial verlaufende Verengungszonen 9 auf. Zwischen den Verengungszonen 9 und der Innenwand des Schutzrohres 50 bestehen ringförmige Isolierkammern Ki, die auf Hochvakuum gehalten werden. Der Stab 7 wird in das Innere eines Führungsrohrs 4 mit einem Spiel 11 eingeführt, wodurch das Verschieben des Stabes 7 im Führungsrohr 4 zur Einstellung des Stabes 7 möglich istbating layer (5OaJ consists of stainless steel The elongated rod 7 can extend over the entire length of the outer protective tube 50 in the fuel assembly extend. For this purpose, it is used in the protective tube 50 in the zones in which the power measurements should be made. The rod 7 has radially extending expansion zones 8 and radially extending Constriction zones 9. Between the constriction zones 9 and the inner wall of the protective tube 50 consist of annular isolation chambers Ki, which are kept at a high vacuum. The rod 7 is in the interior a guide tube 4 introduced with a game 11, whereby the displacement of the rod 7 in the guide tube 4 to adjust the rod 7 is possible Der rotationssymmetrische Stab 7 weist einen entlang seiner Achse verlaufenden Kanal 12 auf, der sich über die gesamte Länge des Stabes 7 erstreckt und in dem eine Reihe von Thermoelementen angeordnet ist. Jedes dieser Thermoelemente ist in der LängsrichtungThe rotationally symmetrical rod 7 has a channel 12 which runs along its axis and which Extends over the entire length of the rod 7 and in which a row of thermocouples is arranged. Each of these thermocouples is in the longitudinal direction Die Erfindung betrifft eine Vor-ichtung zur Messung der örtlichen Leistung in einer Brennstoffanordnung eines Kernreaktors nach dem Oberbegriff des Patentanspruches; vgL DE-OS 28 01 253.The invention relates to a device for measuring the local power in a fuel assembly of a nuclear reactor according to the preamble of claim; vgL DE-OS 28 01 253. Die Kenntnis dieser Größe und insbesondere der Geschwindigkeit, mit der sich diese ändert ermöglicht: bei der Anwendung geeigneter Einrichtungen einen sicheren und wirksamen Schutz der Brennstoffanordnung und infolgedessen des gesamten Kernreaktors.Knowing this size and especially the speed, with which this changes enables: with the use of suitable facilities, a safe and effective protection of the fuel assembly and, consequently, of the entire nuclear reactor. In der älteren Patentanmeldung DE-OS 28 01 253 ist
eine Vorrichtung zur Messung der örtlichen Leistung io
einer Brennstoffanordnung eines Kernreaktors beschrieben, bei der die Meßeinrichtung einen langge- ^ In the older patent application DE-OS 28 01 253 is
a device for measuring the local power io
a fuel assembly of a nuclear reactor described, in which the measuring device has a long ^ streckten, rotationssymmetrischen Stab aufweist, der 45 des Stabes 7 gesehen einer der Meßzonen zugeordnet aus einem Material guter thermischer und elektrischer Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß eine Warm-Verbindungssteile 14 eines Thermoelementes in der Mitte der Länge bzw. Höhe einer jeweiligen Verengungszone 9 angeordnet ist und daß eine Kalt-Verbinlang seiner Achse verlaufenden Kanal aufweist. In dem 50 dungssteile 15 außerhalb des Endes der Kammer 10 in Kanal ist eine Anordnung von Thermoelementen vorge- einer Erweiterungszone 8 angeordnet ist.elongated, rotationally symmetrical rod, which 45 of the rod 7 is assigned to one of the measuring zones made of a material good thermal and electrical The arrangement is made so that a warm connection parts 14 of a thermocouple in the middle of the length or height of a respective constriction zone 9 is arranged and that a cold connection has a channel extending along its axis. In the 50 extension parts 15 outside the end of the chamber 10 in Channel is an arrangement of thermocouples in front of an expansion zone 8. Im Betrieb wird die Gammastrahlung von dem nuklearen Brennstoff der den Stab 7 umgebenden Brennstäbe durch die Masse des Stabes 7 absorbiert, was zu Mitte der Erweiterungszone angeordnet sind. Der Stab 55 einem Temperaturanstieg führt Die absorbierten Wärist in einem äußeren Schutzrohr enthalten, das aus einer memengen breiten sich normalerweise radial durch die Zirkoniumlegierung oder Stahl besteht und den Stab an jeweiligen Zonen des Stabes 7 aus, wobei die Verenden Erweiterungszonen formschlüssig umgibt. Zwi- gungszonen 9, in denen aufgrund des Vorhandenseins sehen den Verengungszonen und dem Schutzrohr be- der ringförmigen Isolierkammern 10 die Ausbreitung in stehen daher jeweils Isolierkammern, die auf Hochva- 60 axialer Richtung erfolgt, davon ausgenommen sind. Un= kuum gehalten werden. ter diesen Bedingungen ist es möglich, zwischen derIn operation, the gamma radiation from the nuclear fuel of the fuel rods surrounding the rod 7 is generated absorbed by the mass of the rod 7, which are located to the center of the enlargement zone. The rod 55 causes a rise in temperature. The absorbed heat is contained in an outer protective tube that consists of a memengen normally spread radially through the Zirconium alloy or steel and the rod at respective zones of the rod 7, the ends Surrounds expansion zones in a form-fitting manner. Forced zones 9 in which due to the presence see the constriction zones and the protective tube at the annular insulating chambers 10 the expansion in there are therefore isolating chambers that are located in the high vacuum in the axial direction, which are excluded from this. Un = be held kuum. Under these conditions it is possible to choose between the Warm-Verbindungsstelle 14 und der Kalt-Vcrbindungsstelle 15 eines jeweiligen Thermoelementes eine Temperaturdifferenz At zu ermitteln, die eine Ableitung der erzeugten und vom Stab 7 absorbierten Wärmemenge g entsprechend der nachfolgenden Gleichung ermöglicht, wenn die Abmessung der Verengungszonen 9 und die Wärmeleitfähigkeit des den Stab 7 bildenden Materials15 of a respective thermocouple to determine hot junction 14 and the cold-Vcrbindungsstelle a temperature difference At which is a derivation of the amount of heat generated and absorbed by the rod 7 g of the following equation allows, when the dimension of the constriction zones 9 and the thermal conductivity of the rod 7 forming material Leitfähigkeit besteht und in seiner Längsrichtung eine Reihe von radial ausladenden Erweiterungszonen und radial verlaufenden Verengungszonen sowie einen ent-Conductivity and in its longitudinal direction a series of radially extending expansion zones and radial constriction zones as well as a
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