DE3012037C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Spalt­ materialgehalts von abgebrannten Kernreaktor-Brennelementen, wo­ bei Neutronendetektoren sowohl die spontan von den Brennelementen emittierten Neutronen als auch die durch mindestens eine Neu­ tronenquelle in den Brennelementen erzeugten Neutronen nachwei­ sen. Eine derartige Vorrichtung ist der Zeitschrift "Kern­ energie" 21 (1978), 201-206 als bekannt zu entnehmen. Sie erlaubt aus der Messung von Neutronenzählraten die Gewinnung von Aussagen über den Spaltmaterialgehalt und daraus über die maximal bei der Auflösung des Brennelements zu er­ wartende Kritikalität. Die spontan emittierten Neutronen stammen bei hohen Abbrän­ den hauptsächlich von dem CM-Isotopen 242 und 244 (passive Messung). Bei Neutronenbestrahlung von einer externen Quelle werden Spal­ tungen im Brennelement induziert und die daraus resultierenden Spaltneu­ tronen nachgewiesen (aktive Messung). Eine Vorrichtung für die Messung von Spaltneutronen ist bei­ spielsweise aus der DE-OS 26 13 700 bekannt.

Als Folge des Abbrands wird Curium aufgebaut. Bei bekannter Anfangsanreicherung kann die axiale Abbrandverteilung und der mittlere Abbrand mit eine Genauigkeit von ca. ±0,5 GWd/tU bestimmt werden.

Der Cm-244 Aufbau ist unabhängig von der Reaktorge­ schichte, aber abhängig von der Anfangsanreicherung. Der Cm-242 Aufbau ist, wegen der kurzen Halbwerts­ zeit von 163 Tagen, abhängig von der Bestrahlungsge­ schichte. Durch Kombination der Messung von spontan emittierten Neutronen mit den durch eine Neutronenquelle erzeugten Neutronen kann der Beitrag des Cm-242 zur Neutronenemission eliminiert werden.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Messung des Spaltmaterialgehalts von abgebrannten Kernreaktor-Brennelementen zu schaffen, die sich durch eine gesteigerte Meßgenauigkeit auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den Merkmalen des Anspruchs 1 beschrieben. Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Aus den mit der Vorrichtung gemessenen Neutronenzählraten kann man auf die epithermische Leckageflußmultiplikation M _epi schließen, welche mit der maximalen Kritikalität k ^max unendlich ausge­ dehnter Brennstabanordnungen in Wasser korreliert ist. Wie festgestellt werden konnte, ist diese Korrelation unabhängig von der Anfangsanreicherung, vom Abbrand und von der Kühlzeit.

Mit dem Zusammenhang zwischen der Meßgröße M _epi und k ^max kann demnach eine Eichkurve der Vorrichtung wiedergegeben werden, die für den praktischen Einsatz hilfreich ist. Solche typischen Eichkurven sind in Fig. 1 dargestellt. Die eine Kurve basiert auf Neutronentransportrechnungen und auf Messungen an KWO-Brennelementen und die andere ist eine berechnete Eichkurve für Brennelemente aus dem KKW Biblis.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels mittels der Fig. 2 bis 4 näher er­ läutert, wobei die

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Meßraum,

Fig. 3 einen Grundriß und

Fig. 4 eine Sei­ tenansicht darstellen.

Die Vorrichtung ist für eine Wiederaufarbeitungsanlage vorgesehen, bei der die Brennelemente in senk­ rechter Lage transportiert werden.

Die Vorrichtung ist in einer eigenen Zelle 1 untergebracht. Die lichten Maße sind: Breite 2,6 m, Länge 5,2 m, Höhe 8,0 m. Die Zelle 1 ist in zwei Ebenen aufgeteilt. Der untere Teil ist über eine mit einem Stopfen verschließbare Tür 2 vom Bedienungsgang aus zugänglich. In diesem Teil befindet sich auch der La­ gertank (nicht dargestellt) für die Cf-252 Stabquellen 5. Die eigentliche Vorrichtung ist im oberen Teil der Zelle 1 unterge­ gebracht.

Pro Zelle 1 können bis zu 6 einzelne Monitore in 2 prallelen identischen Strängen untergebracht werden. Jeder einzelne Monitor besteht aus einem doppelwan­ digen Führungsrohr (inneres und äußeres 7, 8) zur Aufnahme eines Brennelements (BE) 12 (siehe Fig. 4), aus drei Zählrohr­ ketten 6 mit jeweils fünf Zählrohrpositionen längs der BE-Achsen 14 und aus die BE 12 umschließenden Modera­ tortanks 4 (mit Wasser gefüllte Blechkasten). Die lich­ te Weite des inneren BE-Führungsrohres 7 ist der unter­ schiedlichen Schlüsselweite der LWR-BE (DWR- und SWR) angepaßt.

Zur Begrenzung von Kontaminationen ist das doppelwan­ dige Führungsrohr 7, 8 gewählt. Das innere Führungs­ rohr 7 kann, falls erforderlich, nach oben ausgewech­ selt werden. Außerdem sind die Führungsrohre 7, 8 über eine Ringleitung 9 (siehe Fig. 4) von oben flutbar. Da­ mit können Kontaminationen beseitigt und die Alterna­ tive trockene oder nasse Messung gewählt werden. Das geflutete BE-Führungsrohr ist über eine Leitung 10 nach unten entleerbar. Nicht besetzte Positionen werden mittels einer Verschlußklappe 11 verschlossen (siehe Fig. 4).

Für die aktive Messung wird eine Cf-252 Stabquelle 5 benötigt. Pro BE 12 werden gleichzeitig 3 aktive Mes­ sungen (Fig. 2) durchgeführt. Außerdem wird zusätz­ lich an 2 Zwischenpositionen passiv gemessen. Die Cf- Stabquellpositionen sind BE-Mitte und oberer und unte­ rer BE-Randbereich. Die 3 Cf-Quellen 5 sind hierzu auf einem drehbaren Quellenhalter 3 montiert. Diese kon­ struktive Maßnahme ermöglicht das gleichzeitige Aus­ messen von 2 BE 12 pro Meßzelle. Die Quellen 5 befinden sich jeweils am einen Ende des Quellhalters 3. Dieser besteht aus einem zentralen Rohr 13 und Armen 15, be­ stehend jeweils aus Moderator 16 und einem Neutronen­ absorber 17. Es kann an einem BE 12 die aktive Messung, am gegenüberliegenden BE 12 die passive Messung gleich­ zeitig durchgeführt werden. Nach Abschluß wird der Quellhalter 3 gedreht und die aktive bzw. passive Messung am jeweils anderen BE 12 wiederholt. Durch seitliches Verfahren mittels des Quellhalters 3 mit­ tels eines Wagens 18 (siehe auch Fig. 3) können alle 3 Positionen angefahren werden.

Insgesamt werden 18 Detektorketten 6 benötigt. Die in der Meßzelle installierten Positionen sind alle voll mit Detek­ toren bestückt. Jede Zählrohrkette 6 kann strangweise in den unteren Teil der Zelle ausgefahren werden. Die Detektoren sind separat gekapselt.

Mit der beschriebenen Meßvorrichtung kann die Kriti­ kalitätskontrolle des ganzen BE 12 innerhalb von 10 Minuten erfolgen. Gleichzeitig anfallende Informationen sind mittlerer Abbrand, axiale Abbrandverteilung und Plutoniumgehalt im BE. Die Detektorzählraten werden in einen Rechner übertragen und dort ausgewertet. Der Rechner übernimmt auch die zentrale Überwachung und Steuerung des Meßablaufs. Insbesondere erfolgt auch eine fortlaufende Kalibrierung der Einzeldetektoren der Zählketten, deren Lage zu den BE 12 aus der Fig. 3 ersichtlich ist.

Die einzelnen Führungsrohre 7, 8 mit den BE 12 und den Zählrohrketten 6 können auch auf einen Kreis in einem Zylinderringtank angeordnet werden. Der Quellenhalter 3 braucht dann nicht mehr transversal verfahren zu werden. Es genügt ein Schwenken um jeweils einen bestimmten Winkel. Die Zahl der BE 12 ist dann allerdings begrenzt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Messung des Spaltmaterialgehalts von abge­ brannten Kernreaktor-Brennelementen, wobei Neutronendetek­ toren sowohl die spontan von den Brennelementen emittier­ ten Neutronen als auch die durch mindestens eine Neutronen­ quelle in den Brennelementen erzeugten Neutronen nachweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brennelemente (12) in parallelen Führungsrohren (7) untergebracht sind, daß sich entlang den Führungsrohren (7) eine Vielzahl von Neutronendetektoren erstrecken, daß die Führungsrohre (7) und Neutronendetektoren von Moderatormaterial (4) umgeben sind und daß mindestens eine Neutronenquelle (5) in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Führungsrohre (7) durch eine Positioniereinrich­ tung (3) bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (3) einen um eine zu den Achsen der Führungsrohre (7) parallele Achse (13) drehbare doppelarmi­ gen Halter (15) enthält, der an seinem einen Armende in drei verschiedenen axialen Positionen jeweils eine Neu­ tronenquelle (5) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils zwei Führungsrohre (7) diametral zu der Achse (13) des Halters (15) auf verschiedenen Winkeln angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (3) eine Verschiebung des Halters (15) in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung ge­ stattet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Führungsrohr (7) von drei auf ver­ schiedenen azimutalen Winkel um seine Führungsachse ange­ ordneten Neutronendetektorketten (6) umgeben ist, die ihrerseits aus je­ weils fünf längs einer Achse angeordneter Neutronendetektoren bestehen.