DE3022079C2

DE3022079C2 - Gammastrahlen-Thermometereinrichtung für Kernreaktoren

Info

Publication number: DE3022079C2
Application number: DE3022079A
Authority: DE
Inventors: Pierre Boulogne-Billancourt Regazzoni; Robert D. Bethesda Smith, Md.
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1979-06-13
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4356061A; ES8107409A1; FR2458877A1; IT8067917A0; GB2054840A; FR2458877B1; JPS5916239B2; IT1166463B; DE3022079A1; GB2054840B; SE8004101L; BE883677A; SE445273B; ES492078A0; JPS562596A

Description

:^s Fig. IA zeigt ein Gammastrahlenthermometer be- ; kannter Bauart, wie es dem eingangs genannten Stand ; der Technik entspricht

^A In einem Hüllrohr 11 ist eine kleine Metallmasse 12 'untergebracht, die aus einem Rohr mit dünner Wand besteht, das an seinen beiden Enden mit zwei größeren

Massen 14 und 15 verbunden ist. die aus Rohren mit

"dicker Wand bestehen.

; Die Metallmassen 12,14 und 15 erwärmen sich unter ^ der Wirkung des Gammastrahlenflusses. Die in den Metallmassen 14 und 15 freigesetzte Wärme kann in Richtung des Hüllrohrs 11 radial nach außen entweichen und sftritt dann in das dies Hüllrohr umgebende Material ein, ·: φ. B. in ein Kühlmittel oder in die Wand eines trockenen isRohrs für instrumente. Dagegen kann die in der Metallmasse 12 freigesetzte Wärme nicht radial nach außen Ifientweichen, weil der leere Raum 16 als Wärmeisolieiirung dient und diese Wärme somit dadurch entweichen iimuß, daß sie in der Metallmasse in Längsrichtung f'strömt und dann die Metallmassen 14 und 15 radial durchquert Daraus ergibt sich, daß die Metalimasse 12 eine höhere Temperatur als die Metallmassen 14 und 15 ί annimmt. Die Temperaturänderung längs der Achse der Bohrung 17 ist für den Fall, daß die Temperatur des Hüllrohrs 11 gleichmäßig auf einen konstanten Wert abgesenkt ist, durch die Kurve 18 von F i g. 1B dargestellt Die Temperatur der heißen Stelle und die Temperatur der kalten Stellen werden durch ein Differenzthermoelement ermittelt, das eine heiße Schweißstelle 19 ; und eine kalte Schweißstelle 20 aufweist Der abgegebene Strom ist unmittelbar abhängig vom Wärmeabfall und gibt ein Maß für den Gammastrahlenfluß.

Die Temperatur des Hüllrohrs 11 wird dann gleichmäßig auf einen bestimmten Wert abgesenkt, wenn es von einem fließendem Kühlmittel vollständig umgeben ist. Wenn aber das Gammathermometer in einem trokkenen Rohr für Instrumente angeordnet ist, können gewisse Teile des HUIh ohrs einen schlechten thermischen Kontakt mit dem Rohr für Instrumente haben.

Wenn der über der Metallmasse 14 befindliche Teil des Hüllrohrs 11 einen schlechten Wärmekontakt mit dem umgebenden Rohr hat, ist die Temperaturänderung längs der geometrischen Achse des Gammastrahlenthermometers von F i g. 1A für denselben Gammastrahlenfluß wie beim vorhergehenden Fall durch die gestrichelte Kurve 21 von F i g. 1B dargestellt. Diese Kurve ist weder symmetrisch noch ist der gemessene Temperaturunterschied korrekt; auch befindet sich die heiße Stelle nicht mehr an der Schweißstelle 19 des Thermoelements.

F i g. 2 zeigt nun ein Gammastrahlenthermometer mit einer Einrichtung zur Gewährleistung eines guten thermischen Kontakts mit der Bohrung 22, in der dieses Gammastrahlenthermometer 21 untergebracht ist. Dieses enthält eine große Metallmasse 14 und kleinere Metallmassen 12 und 12'. Ein durch Formschmieden aufgebrachtes Hüllrohr 11 hat eine gute Berührung mit der großen Metallmasse 14, bleibt aber in einem gewissen Abstand von den kleinen Metallmassen 12 und 12' und läßt somit leere Räume 16 und 16' frei, die zur Wärmeisolierung der kleinen Metallmassen 12 und 12' dienen. Auf diese Weise erhitzen sich die kleinen Metallmassen 12 und 12' unter der Wirkung des Gammastrahlenflusses mehr als die große Metallmasse 14.

Damit die Temperatur der großen Metallmasse 14 derjenigen der Bohrung 22 nahebleibt, sind im Querschnitt D-förmige Ringsegmentt 29 und eine Spiralringfeder 30 vorgesehen, deren Aufbau in Fig. 2A in Schrägansicht dargestellt ist Die Ringsegmente werden in Nuten 31 des Hüllrohrs U angeordnet Die Feder 30, die eine Schraubenlinie bildet, deren beide Enden aneinander eingehängt sind, wird gedehnt und in die am Au^r> ßenrand d»r Ringsegmente befindliche Umfangsnut gedrückt Die beiden Ringsegmente bleiben unter der Wirkung der Eigenspannung der Feder 30 fest Die Elastizität der verschiedenen Windungen der Feder 30 gestattet ihnen, die Form der Bohrung 22 selbst dann anzunehmen, wenn der Durchmesser der Bohrung unbeabsichtigte Veränderungen erfährt

Dadurch, daß jede Nut 31 eine große Fläche hat, und daß die Windungen der Feder 30 kräftig gegen die Ringsegmente 29 und gegen die Bohrung 22 drücken, ist der

is Wärmewiderstand zwischen dem Hüllrohr 11 und der

Bohrung 22 weitaus kleiner als der Wärmewiderstand

zwischen der Bohrung und der Hülle, die in der Bohrung lose angeordnet ist.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist

eine als thermische Brücke dienende gewellte Bandfeder 35 (besser in Fig.3A dargestellt) durch elastische Wirkung in die Nut 31 eingeführt. Diese Feder 35 hat einen Schlitz 37, der es ihr ermöglicht, sich auf dem Umfang mit dem größeren Durchmesser des Hüllrohrs 11 auszudehnen. In sonstiger Hinsicht ist das Gammastrahlenthermometer von Fig.3 mit demjenigen von F i g. 2 identisch.

Der Wärmewiderstand der in F i g. 3 dargestellten thermischen Brücke ist ein wenig größer als derjenige der thermischen Brücke von F i g. 2A. Die thermische Brücke von Fig.3 genügt aber zahlreichen Anwendungsfällen und ist von einfacherer Konstruktion. Die Bandfeder 35 behindert die Strömung eines etwa vorhandenen Kühlmittels nicht.

Für den Fall der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform besteht die thermische Brücke aus einer elastischen Masse 41, die aus einem Gewebe von Metalldrähten aus nichtrostendem Stahl in Form eines Rohrs gebildet ist Letzteres wird bis zu einer Dichte von 30% zusammengedrückt und bildet dann eine schwammartige Hülse, die denjenigen ähnlich ist, die zum Entfeuchten von Druckgasen verwendet werden. Man schiebt dann diese Hülse über das Hüllrohr 11 des Gammathermometers und befestigt sie durch Schweißen. Zur Erleichterung des Widerstandsschweißens dieses Metallschwamms auf dem Hüllrohr werden auf letzterem während des Formschmiedevorgangs Streifen gebildet, die mit den Zylindern scharfe Grate bilden, weil es viel leichter ist diesen Metallschwamm auf eine überstehende Kante als auf eine ebene Fläche zu schweißen.

Die elastische Masse 41 vermindert den Wärmewiderstand zwischen dem Hüllrohr 11 und der Bohrung 22.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 ob der in Betracht kommende Teil der Bohrung berührt Patentansprache: oder nicht. Die die Bohrung berührenden Teile des Hüll rohrs bleiben aufgrund der Berührung auf einer ziem-

1. Gammastrahlen-Thermometereinrichtung für lieh niedrigen Temperatur, während die diese Bohrung Kernreaktoren, enthaltend ein zylindrisches HQII- s nicht berührenden Teile sich unter dem Gammastrahrohr und eine in dem Höllrohr angeordnete zylindri- lenfluB erwärmen.

sehe Stange, die in ihrer Längserstreckung abwech- Der Betrieb von Gammastrahlenthermometern oder

selnd aus Teilen großen Durchmessers (kalte Zo- einfach Gammathermometern, wie sie zur Messung des

nen), die in Berührung mit dem Hüllrohr stehen, und thermischen Durchsatzes von Kernreaktoren verwen-

Teilen kleinen Durchmessers (heiße Zonen), die kei- io det werden, beruht auf der Erhitzung einer wärmeiso-

ne Berührung mit dem Hüllrohr haben, bestehen, liertcn Metallmasse durch einerseits Gammastrahlen

wobei das Hüllrohr mit der Stange in wärmeleiten- (mit einem Anteil von etwa 90%) und andererseits Neu-

dem Kontakt mit der Wand eines Kanals im Kern tronen hoher Energie (mit einem Anteil von etwa 10%).

des Reaktors angeordnet ist, dadurch gekenn- Die auf diese Weise freigesetzte Energie ist proportio-

zeichnet, daß das Hüllrohr (26) in der Höhe je- is nal der spezifischen Leistung der benachbarten Brenn-

der kalten Zonen (14) mit mindestens einer äußeren stäbe. Die in dieser Metallmasse freigesetzte Wärme

Ringnut (31) versehen ist und daß in der/den Ring- kann zu einer Wärmesenke hin nur längs einer Bahn von

nrt/en (31) ein in radialer Richtung federelastisch wohl definierten Abmessungen entweichen. Der Tem-

verformbarer, wärmeleitender Körper in Kontakt peraturabfall längs dieser Bahn ist unmittelbar propor-

mit der Wand (22) des Kanals angeordnet ist 20 tional der Leistung (und nicht dem Neutronenfluß) in

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekenn- den benachbarten Brennstäben. Thermoelemente meszeichnet, daß der Körper aus Ringsegmenten (29) sen den Temperaturabfall längs dieser Bahn. Dieser und einer um diese umlaufenden Spiralringfeder (30) Temperatarabfall hängt nur geringfügig von der Tembesteht peratur der Wärmesenke ab. Wenn jedoch die Tempe-

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 2s ratur der Wärmesenke eine beträchtliche Veränderung zeichnet, daß der Körper aus einer gewellten Band- erfährt z. B. um 5O⁰C, entsteht eine entsprechende Verfeder (35) besteht änderung der zweiten Ordnung von merklicher Höhe

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Wärmeleitfähigkeit der Wärmebahn. Diese Veränzeichnet, daß der Körper aus einem Gewebe (41) aus derung bewirkt eine Veränderung des Temperaturab-Metalldrähten besteht. 30 falls, selbst wenn der Gammastrahlenfluß konstant ist

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzeichnet, daß der Innenumfang des Gewebes (41) auf richtung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu die Außenfläche des Hüllrohrs (26) geschweißt ist. verbessern, daß eine definierte Wärmebrücke zur Kühlung der kalten Zonen geschaffen wird.

35 Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale.

Die Erfindung betrifft eine Gammastrahlen-Thermo- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge-

metereinrichtung für Kernreaktoren, enthaltend ein zy- genstand der Unteransprüche.

lindrisches Hüllrohr und eine in dem Hüllrohr angeord- Gemäß der Erfindung ist ein federelastischer Körper

nete zylindrische Stange, die in ihrer Längserstreckung 40 in dem Ringraum zwischen dem Gammathermometer abwechselnd aus Teilen großen Durchmessers (kalte und der Wand des Kanals ein, in den dieses Thermome-Zonen), die in Berührung mit dem Hüllrohr stehen, und ter eingeführt ist angeordnet. Der federelastische Kör-Teilen kleinen Durchmessers (heiße Zonen), die keine per bildet nicht nur am Ort des Gammathermometers Berührung mit dem Hüllrohr haben, bestehen, wobei eine thermische Brücke, die als Wärmesenke wirkt, sondas Hüllrohr mit der Stange in wärmeleitendem Kon- 45 dem dient auch als Zentrierungselement für das Gamtakt mit der Wand eines Kanals im Kern des Reaktors mathermometer in dem Kanal,
angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sowohl fest

Eine derartige Einrichtung zeigt die DE-OS 28 01 253; eingebaut als auch beweglich sein, was für Abtastungssie bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfin- und Untersuchungsvorgänge vorteilhaft ist
dung und ist in den Fig. IA und IB dargestellt. Diese 50 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand bekannte Einrichtung liefert zwar sehr genaue Anga- der Zeichung beschrieben. Darin zeigt
ben, wenn der Kanal, in den es eingeführt wird, ein Fig. IA einen Längsschnitt eines Gammathermome-

brennstofffreies Führungsrohr eines Kernreaktors ist. ters nach dem eingangs angeführten Stand der Technik; Dadurch, daß das Kühlmittel des Reaktors schnell durch Fig. IB Temperaturverteilungskurven längs des

ein derartiges Brennstoffrohr fließt, befindet sich das 55 Gammasirahlenthermometers nach Fig. IA. In dieser Hüllrohr auf einer ziemlich genau definierten Tempera- Figur ist die Temperatur entlang der Längsachse des tür. Die vom Gammathermometer gelieferten Angaben Gammastrahlenthermometers aufgetragen;
sind daher ausreichend genau oder können genau korri- Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh-

giert werden zur Berücksichtigung der oben angegcbe- rungsbeispiel einer nach der Erfindung aufgebauten nen Veränderung zweiter Ordnung der Wärmeleitfähig- bo Gammastrahlen-Thermometereinrichtung;
keit der von der Wärme verfolgten Bahn bei Tempera- F i g. 2A eine Schrägansicht eines Teils von F i g. 2;

turänderungen des Hüllrohrs des Gammathermome- F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh-

ters. Das Hüllrohr dient dabei als Wärmesenke. rungsbeispie! einer nach der Erfindung aufgebauten

Wenn aber das bekannte Gammathermometer in eine Gammastrahlen-Thermometereinrichtung;
trockene Bohrung des Reaktorkerns eingeführt wird, μ Fig. 3A eine Schrägansicht eines Teils vor¹ Fig. 3; besteht die Gefahr, daß das Hüllrohr des Gammather- Fig.4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausfüh-

mometers sich nicht auf einer gleichmäßigen Tempera- rungsbeispiel einer nach der Erfindung aufgebauten tür befindet, die sich in Abhängigkeit davon verändert, Gammastrahlen-Thermometereinrichtung.