DE2942055C2 - Vorrichtung zum Erfassen schadhafter Brennelemente eines Kernreaktors - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß innerhalb der Haube (17) Innenhauben (41) angeordnet sind,

— daß jede Innenhaube (41) an das Oberende des zugehörigen Brennelements (1) angepaßt und auf dieses aufsetzbar ist und

— daß Führungsmittel für die unabhängige Auf- und Abbewegung der einzelnen Innenhauben (41) relativ zu der Haube (17) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Haube (17) sechzehn Brennelemente überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß sechzehn Innenhauben (41) vorgesehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Normalerweise ist der Reaktorkern eines Siedewasserreaktors mit einer Vielzahl von Brennelementen bestückt, deren jedes durch eine obere und eine untere Befestigungsplatte, ein Kanalgehäuse und eine Mehrzahl Brennstäbe gebildet ist, die an beiden Enden von der oberen und der unteren Befestigungsplatte gehalten und im Kanalgehäuse aufgenommen sind.

Bei Ausfall eines oder mehrerer Brennstäbe eines im Reaktorkern befestigten Brennelements werden Spaltprodukte, wie radioaktives Jod, Xenon, Krypton, in das durch den Reaktorkern zirkulierende Kühlwasser abgegeben. Wenn der Kernreaktor weiterarbeitet, obwohl sein Reaktorkern mit Brennelementen bestückt ist, die einen oder mehrere schadhafte Brennstäbe enthalten, entwickelt sich die durch die Spaltprodukte hervorgerufene Verseuchung im Reaktor so weit, daß die Arbeiten zum Schutz und zur Wartung des Kernreaktors dadurch ernsthaft behindert werden.

Um dies zu vermeiden, werden die Brennelemente, mit denen der Reaktorkern bestückt ist, periodisch überprüft, um die schadhaften Brennelemente zu erfassen. Nach Erfassen eines Schadens wird das schadhafte Brennelement aus dem Reaktorkern entfernt und durch ein neues ersetzt.

Die US-PS 37 62 993 betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen schadhafter Brennelemente eines Kernreaktors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs. Dabei sind die Brennelemente jedoch nicht vollständig voneinander isoliert, so daß eine gegenseitige Verunreinigung des Kühlmittels zwischen den Brennelementen auftreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß eine erhöhte Sicherheit beim Auffinden schadhafter Brennelemente erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale. Der Unteranspruch enthält eine zweckmäßige weitere Ausbildung.

Bei der Überprüfung von Brennelementen und der Suche nach schadhaften Brennstäben wird die Haube so positioniert, daß sie die Oberenden von mehreren, im Reaktorkern angeordneten Brennelementen überdeckt, während die Innenhauben auf entsprechende Brennelemente aufgesetzt werden.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird eine gegenseitige Verunreinigung des Kühlmittels mit Sicherheit vermieden. Das Kühlmittel kann von jedem einzelnen Brennelement abgeführt und geprüft werden, ohne mit dem von anderen Brennelementen vermischt zu werden. Die Innenhauben können sich ferner unabhängig voneinander bewegen, wodurch die ungleiche Höhe der Brennelemente, die durch Längentoleranzen und durch ungleiche Wärmedehnung bedingt ist, ausgeglichen werden kann.

In den Ze'chnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig 1 eine schematische Ansicht des Reaktorkerns eines Siedewasserreaktors;

Fig.2 eine Ansicht eines Brennelements, das Bestandteil des Reaktorkerns nach F i g. 1 ist;

Fig.3 eine größere Ansicht des Ausschnitts III von F i g. 1;

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Teil einer oberen Gitterplatte;

F i g. 5 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum Erfassen schadhafter Brennelemente;

Fig.6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 5;

Fi g. 7 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum Erfassen schadhafter Brennelemente; und

Fig.8 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 7.

Ein typischer Siedewasserreaktor hat einen Reaktorkern, der von einer Vielzahl von Brennelementen 1 gebildet ist, die entsprechend F i g. 1 regelmäßig angeordnet sind. Die Anzahl der Brennelemente beträgt normalerweise 400 -800, je nach der thermischen Leistung des Reaktors. Steuerstäbe 9 haben Kreuzquerschnitt. Die Brennelemente 1 sind so angeordnet, daß sie einem der Steuerstäbe 9 benachbart sind.

Jedes der den Reaktorkern des Siedewasserreaktors bildenden Brennelemente ist entsprechend F i g. 2 aufgebaut. Dabei besteht jedes Brennelement 1 aus einer oberen Befestigungsplatte 2, einer unteren Befestigungsplatte 3, einer Mehrzahl von Brennstäben 5, die durch Abstandselemente 4 voneinander beabstandet sind, einem die Brennstäbe 5 aufnehmenden Kanalgehäuse 6 und einem Befestigungselement 7 aus elastischem Werkstoff, der das Kanalgehäuse 6 an der oberen Befestigungsplatte 2 festlegt und außerdem einen geeigneten Zwischenraum zwischen benachbarten Brennelementen 1 nach deren Einbau in den Reaktorkern bewirkt. Zwischen jedem Brennstab 5 und der oberen Be-

festigungsplatte 2 ist eine Expansionsfeder 8 angeordnet, und ferner ist ein Handgriff 11 vorgesehen.

F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Teils des Reaktorkerns entsprechend IH von Fig. 1. Eine Zelleneinheit besteht aus vier Brennelementen 1 und einem kreuzförmigen Steuerstab 9. Diese Zelleneinheit ist so eingesetzt, daß sie von einer im Reaktorbehälter angeordneten oberen Gitterplatte 10 aufgenommen ist. Der Abstand L zwischen benachbarten Brennelementen 1 in jeder Zelleneinheit wird durch die Kanal-Befestigungselemente 7 der vier Brennelemente gewährleistet und erlaubt die Durchführung des Steuerstabs 9. Der Abstand M zwischen benachbarten Zelleneinheiten wird durch die obere Gitterplatte 10 sichergestellt. Die obere Gitterplatte 10 ist entsprechend F i g. 4 aufgebaut Nach F i g. 3 sind in einer quadratischen Ausnehmung 12 der oberen Gitterplatte 10 vier Brennelemente 1 angeordnet. Eine Haube der Vorrichtung zum Erfassen schadhafter Brennelemente hat eine solche Größe (vgl. Fig.4), daß sie sicher auf der oberen Gitterplatte 10 ,sitzt. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß ihre Grö- *iße n-mal größer als die Größe der Ausnehmung 12 ist (mit η = ganze Zahl), wie durch die Strichpunktlinien 13 und 15 angedeutet ist. Die Größe der Haube kann entsprechend der Strichpunktlinie 13 so gewählt werden, daß gleichzeitig zwölf Brennelemente 1 geprüft werden können. Die Größe entsprechend der Strichpunktlinie 13 ist jedoch insofern nachteilig, als es schwierig ist, aufgrund der Rechteckform das Gleichgewicht zu halten, so daß das Verschieben der Haube und das Aufsetzen derselben auf die obere Gitterplatte 10 erschwert werden. Dieses Problem ist dadurch zu überwinden, daß der Querschnitt der Haube quadratisch gewählt wird. Andererseits ist eine sehr große Haube selbst mit quadratischem Querschnitt schwierig zu handhaben. Wenn z. B. die Haube so groß ist, daß sie 36 Brennelemente 1 überdeckt, die in der oberen Gitterplatte 10 sitzen und sich über neun Ausnehmungen (drei Spalten und drei Zeilen) erstrecken, ist das Gewicht der Haube zu hoch, als daß sie von der Brennstab-Auswechselvorrichtung leicht bewegt werden könnte. In diesem Fall wäre also eine speziell dafür gebaute, größere und stärkere Auswechselvorrichtung notwendig.

In Anbetracht der genannten Probleme hat die quadratische Haube bevorzugt eine solche Größe, daß sie

16 Brennelemente in vier Ausnehmungen (zwei Spalten und zwei Zeilen) entsprechend der Strichpunktlinie 15 überdeckt

Nunmehr wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Erfassen schadhafter Brennelemente unter Bezugnahme auf die F i g. 5 und 6 erläutert.

Die Vorrichtung weist eine Haube 17, Probeentnahmerohre 20 und eine Leitungsführung 23 auf. Die Haube

17 besteht aus einer oberen Platte 39 und Seitenwandungen 40, die an der Unterseite der oberen Platte 39 befestigt sind und einen quadratischen Querschnitt bilden. Es sind sechzehn Probeentnahmerohre 20 vorgesehen. Jedes Probeentnahmerohr 20 ist an der oberen Platte 39 bei 21 befestigt.

Vier Luftzufuhröffnungen 22 durchsetzen die obere Platte 39. Die Leitungsführung 23 ist auf dem mittleren Teil der Oberfläche der oberen Platte 39 befestigt und besteht aus einer Verstärkungsplatte 24, einer Konsole 25 mit Kreuzquerschnitt und einer Leitungsbefestigungsplatte 26. Die Verstärkungsplatte 24 und die Leitungsbefestigungsplatte 26 sind am unteren bzw. am oberen Ende der Konsole 23 befestigt. Die VerstärkunesDlatte 24 ist auf der Oberseite der oberen Platte 39 befestigt Auf dem Mittenabschnitt der Oberseite der Leitungsbefestigungsplatte 26 ist ein Handgriff 27 befestigt In jeder Ecke der Leitungsbefestigungsplatte 26 sind vier Anschlüsse 29 für die Kühlmittelentnahme über Leitungen 28 und ein Anschluß 32 für eine Luftzufuhrleitung 31 vorgesehen. Diese Anschlüsse in den vier Ecken sind in bezug auf die Mittenlinie der oberen Platte 39 symmetrisch angeordnet Insgesamt sind 16 Kühlmittelentnahmeanschlüsse vorgesehen, die mit einer Entnahme-Einheit verbunden sind, die auf der obersten Etage des den Kernreaktor enthaltenden Gebäudes angeordnet ist Jede Luftzufuhrleitung 31 ist mit einem Ende an eine entsprechende Luftzufuhröffnung 22 und mit dem anderen Ende an das Unterende des Anschlusses 32 angeschlossen.

Die Haube 17 enthält sechzehn Innenhauben 41 (vgl. F i g. 6). Jede Innenhaube 41 umfaßt ein Probeentnahmerohr 20. An der Außenfläche der Seitenwand jeder Innenhaube 41 ist ein plattenförmiger Ansatz 44 befestigt Die Ansätze 44 sind in jedem Raum zwischen benachbarten Innenhauben 41 angeordnet. In jeder Innenhaube ist zudem eine plattenförmige Führung 45 angeordnet
Zum Erfassen eines schadhaften Brennelements werden die Seitenwände der Haube 17 und der Innenhauben 41 auf die Oberenden der oberen Gitterplatte 10 und der Kanalgehäuse 6 aufgesetzt Die Brennelemente haben unterschiedliche Expansionsgrade in Längsrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der Brennelemente im Reaktorkern und dem Abbrandgrad. Da jedoch die Innenhauben 41 längs den Probeentnahmerohren 20 verschiebbar sind, werden die Unterenden der Innenhauben 41 ständig mit den Oberenden des Kanalgehäuses 6 in Kontakt gehalten, so daß benachbarte Brennelemente voneinander getrennt werden. Ein Anschlag 46 dient dazu, ein Herabfallen der Innenhaube 41 zu verhindern.

Die in die Haube 17 zugeführte Luft strömt durch die zwischen den oberen Platten 42 der Innenhaubeii und den Probeentnahmerohren 20 gebildeten Zwischenräume in die Innenhauben 41. Die plattenförmigen Führungen 45 positionieren die Innenhauben 41 genau, so daß das Aufsitzen der Innenhauben auf dem Kanalgehäuse 6 gewährleistet ist.

In den F i g. 7 und 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel hat die Haube 17 eine zusätzliche kreuzförmige Trennplatte 48. Diese unterteilt den Raum in vier Abschnitte, die jeweils vier Innenhauben 41 aufnehmen. Dadurch können die Innenhauben 41 mit größerer Genauigkeit als bei der Vorrichtung nach F i g. 5 positioniert werden.

Die Prüfung der Brennelemente erfolgt nach Abschaltung des Kernreaktors. Zuerst wird der Deckel des Reaktorbehälters entfernt und dann Kühlwasser in den Behälter bis zu einem Pegel nahe der Höhe der obersten Etage des Reaktorgebäudes eingeleitet. Die Brennelemente 1 bleiben in den Kern des Reaktors eingesetzt. Der Abstand zwischen dem Kühlwasserspiegel und den oberen Enden der in den Reaktorkern eingesetzten Brennelemente beträgt ca. 15 m. Die Haube 17 wird von dem Greifer der Brennelement-Auswechseleinheit am Handgriff 27 ergriffen und in das Kühlwasser von der obersien Etage des Kernreaktorgebäudes bewegt; sie wird abgesenkt und in eine Stellung über den zu prüfenden sechzehn Brennelementen bewegt. Wenn die Haube 17 in diese Stellung bewegt ist, wird sie weiter gesenkt und auf die obere Gitterplatte 10 aufgesetzt. In

dieser Stellung wird jedes der sechzehn Probeentnahmerohre 20 in ein entsprechendes der sechzehn Brennelemente 1 eintauchen. Dann wird ein auf der obersten Etage angeordnetes Gebläse eingeschaltet, das Luft in die Haube 17 durch die Luftzufuhrleitungen 31 fördert, die mit den Luftzufuhröffnungen 22 verbunden sind. Wenn der Wasserspiegel in der Haube 17 auf einen Pegel gesenkt ist, der um einen bestimmten Betrag niedriger als das Oberende des Kanalgehäuses 6 liegt, wird die Luftzufuhr in die Haube 17 unterbrochen. Die Vorrichtung verbleibt dann während einer vorbestimmten Dauer in diesem Zustand. Wenn das Brennelement 1 einen fehlerhaften Brennstab 5 enthält, werden radioaktive Spaltprodukte wie I, Xe und Kr, die aufgrund einer Spaltung von Uran 235 im Brennstab 5 erzeugt wurden, zur Außenseite des Kernbrennstabs freigegeben. Die freiwerdenden Spaltprodukte werden im Kühlwasser in dem Brennelement 1 verteilt. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit wird eine Saugpumpe, die auf der obersten Etage angeordnet und mit den Probeentnahmerohren 20 über Leitungen 28 verbunden ist, eingeschaltet. Sie entnimmt das im oberen Endabschnitt des Brennelements vorhandene Wasser. Das entnommene Kühlwasser wird in einen Behälter gesaugt. Dann wird die Radioaktivität des Probenwassers gemessen. Wenn ein fehlerhafter Brennstab 5 vorhanden ist, ist die Radioaktivität infolge der in der Probe enthaltenen Spaltprodukte hoch. Damit wird erkannt, ob das geprüfte Brennelement 1 einen fehlerhaften Brennstab 5 enthält.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erfassen schadhafter, Spaltprodukte an das Reaktorkühlmittel abgebender, Brennelemente eines Kernreaktors, bestehend aus

— einer Haube, die die Oberenden einer Mehrzahl von im Kern des Kernreaktors angeordneten Brennelementen, die jeweils eine Vielzahl von Brennstäben enthalten, überdeckt;

^- Kühlmittelentnahmeleitungen, die an der Haube befestigt sind und deren offene Enden in die Brennelemente von oben hineinragen, und

— mit der Haube verbundenen Gaszufuhrleitungen, die in den Raum münden, der durch die den Brennelementen zugewandte Innenfläche der Haube begrenzt ist,